探地雷達(dá)三維數(shù)值模擬及目標(biāo)成像方法研究.pdf

1、探地雷達(dá)(Ground Penetrating Radar，GPR)技術(shù)廣泛應(yīng)用于許多軍事和民用工程。本文針對目前GPR工程應(yīng)用中遇到的三維問題效率低下、分辨率不高、弱目標(biāo)檢測能力弱及目標(biāo)屬性不明等若干問題，對探地雷達(dá)波場數(shù)值模擬(即，正演方法)和目標(biāo)成像技術(shù)(即，反演方法)進(jìn)行研究，旨在提出和發(fā)展這方面的新算法、新技術(shù)，提高探地雷達(dá)的成像質(zhì)量和應(yīng)用效果。
　　 在探地雷達(dá)波場數(shù)值模擬方面，研究了基于高頻射線理論和電磁場積分方程

2、兩類完全不同的正演方法，并分別發(fā)展了它們各自的改進(jìn)算法。首先研究了基于射線理論的雷達(dá)波場數(shù)值模擬方法，提出了利用波傳播時(shí)間插值思想的計(jì)算三維復(fù)雜介質(zhì)中透射波波前旅行時(shí)及反射波波前旅行時(shí)的方法，包括推導(dǎo)了基于規(guī)則離散單元模型及不規(guī)則離散單元模型下的波前時(shí)間計(jì)算公式，以及提出了基于規(guī)則離散單元和不規(guī)則離散單元模型的透射波和一次反射波射線追蹤方法。
　　 接著研究了基于電磁場積分方程的雷達(dá)數(shù)值模擬方法。主要對基于Born近似的線性模型

3、進(jìn)行修正，提出了一種更為精確且高效的探地雷達(dá)波場數(shù)值模擬算法，并分別詳細(xì)討論了：依據(jù)格林函數(shù)的Toeplitz特性，采用FFT實(shí)現(xiàn)散射系數(shù)的快速計(jì)算；利用分段FFT(Seg-FFT)降低計(jì)算接收點(diǎn)的采樣率：以及采用復(fù)頻域計(jì)算方法避免奇異值等關(guān)鍵技術(shù)。
　　 在目標(biāo)成像技術(shù)方面，研究了基于偏移成像和層析成像兩類目標(biāo)重構(gòu)算法。在現(xiàn)有的偏移成像方法的基礎(chǔ)上，提出了提高成像質(zhì)量及降低成像成本的新反演技術(shù)。包括：利用改進(jìn)的非均勻快速傅立葉

4、變換算法實(shí)現(xiàn)偏移過程，進(jìn)而達(dá)到減少計(jì)算時(shí)間、降低存儲(chǔ)空間的雙重效果；研究基于最小二乘的匹配追蹤譜分解算法，并將該算法與偏移算法相結(jié)合，取得了提高成像結(jié)果信噪比、修正目標(biāo)尺寸估計(jì)值、增強(qiáng)弱小目標(biāo)探測能力等效果。
　　 在現(xiàn)有的線性層析成像快速算法的基礎(chǔ)上，以改進(jìn)的雷達(dá)線性波場數(shù)值模擬方法為依托，發(fā)展了一種同時(shí)適用于強(qiáng)、弱散射體的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)。通過引入基于對角張量近似(Diagonal Tensor Approximation，DT