探地雷達(dá)地下空洞目標(biāo)探測(cè)研究.pdf

1、探地雷達(dá)（Ground Penetrating Radar,GPR）能夠快速、高效、無損地進(jìn)行地下目標(biāo)探測(cè)，成為城市道路病害普查檢測(cè)的首選技術(shù)手段。但由于地下目標(biāo)所處環(huán)境較為復(fù)雜，探測(cè)易受環(huán)境影響，且地下空洞呈現(xiàn)的形態(tài)差別較大，使得在實(shí)際探測(cè)中，對(duì)地下空洞目標(biāo)的檢測(cè)和識(shí)別較為困難，依賴于人為判讀和解譯的方法常常導(dǎo)致虛警或漏警。又由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件常常難以滿足，使得通過大量實(shí)驗(yàn)獲得空洞目標(biāo)回波數(shù)據(jù)庫的方法也不可行。針對(duì)以上問題，本文以對(duì)城市

2、道路地下各種空洞目標(biāo)正演模擬為基礎(chǔ)，分析總結(jié)空洞目標(biāo)反射特征，并分別研究了探地雷達(dá)數(shù)據(jù)雜波抑制、空洞目標(biāo)檢測(cè)以及空洞目標(biāo)識(shí)別問題。為空洞目標(biāo)探測(cè)積累了數(shù)據(jù)樣本，提供了空洞目標(biāo)的檢測(cè)和識(shí)別方法，為從大量采集數(shù)據(jù)中正確解譯空洞目標(biāo)提供了有力的依據(jù)。本文的主要研究?jī)?nèi)容概括如下：
　?。?）針對(duì)無載頻脈沖探地雷達(dá)系統(tǒng)，研究了基于時(shí)域有限差分法的探地雷達(dá)空洞目標(biāo)正演模擬。通過GPRMax2D軟件仿真得到了不同形狀、不同埋藏深度和不同尺寸的二

3、維空洞目標(biāo)反射雷達(dá)圖譜。分析并總結(jié)了形狀、埋藏深度以及尺寸對(duì)空洞目標(biāo)回波的影響。為實(shí)際探測(cè)積累了經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別積累了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　?。?）針對(duì)地表直達(dá)波和背景雜波，研究了三種雜波抑制方法，即減均值法，主成分分析法和魯棒主成分分析法。針對(duì)減均值法只能適用于均勻雜波，主成分分析法對(duì)強(qiáng)雜波魯棒性差的問題，提出利用魯棒主成分分析進(jìn)行雜波抑制。對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明魯棒主成分分析對(duì)探地雷達(dá)B-scan的信雜比改善效果最好。
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4、）針對(duì)探地雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)問題，研究了單采樣點(diǎn)檢測(cè)法，對(duì)于單個(gè)采樣點(diǎn)建立二元假設(shè)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，給出檢測(cè)結(jié)果性能分析。然后提出了基于最小二乘估計(jì)的目標(biāo)檢測(cè)算法。利用無目標(biāo)的參考信號(hào)對(duì)當(dāng)前待檢測(cè)數(shù)據(jù)道進(jìn)行估計(jì)，得到各采樣點(diǎn)估計(jì)誤差平方和最小意義下的最優(yōu)估計(jì)，并利用估計(jì)誤差的平方和作為檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，和固定門限比較以判斷是否存在目標(biāo)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，得出該檢測(cè)算法的可靠性。
　　（4）針對(duì)信號(hào)特征提取問題，分別從時(shí)域、頻域以及小波域?qū)μ降乩走_(dá)信號(hào)進(jìn)行

5、分析。通過定性和定量分析，總結(jié)出空洞目標(biāo)回波信號(hào)與非空洞目標(biāo)信號(hào)的差異，并以此為依據(jù)分別提取時(shí)域A-scan，頻域能量密度譜和小波包能量譜作為特征。
　?。?）針對(duì)空洞目標(biāo)識(shí)別，通過比較分析，提出了一種基于支持向量機(jī)（SupportVectorMachine,SVM）的地下空洞目標(biāo)識(shí)別方法。并利用上述提取的三個(gè)特征進(jìn)行了空洞目標(biāo)識(shí)別實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)都證明了所提的空洞目標(biāo)識(shí)別方法的有效性，利用三種特征都能成功地對(duì)空洞目標(biāo)