探地雷達地下空洞目標探測研究.pdf

1、探地雷達（Ground Penetrating Radar,GPR）能夠快速、高效、無損地進行地下目標探測，成為城市道路病害普查檢測的首選技術(shù)手段。但由于地下目標所處環(huán)境較為復雜，探測易受環(huán)境影響，且地下空洞呈現(xiàn)的形態(tài)差別較大，使得在實際探測中，對地下空洞目標的檢測和識別較為困難，依賴于人為判讀和解譯的方法常常導致虛警或漏警。又由于現(xiàn)場實驗條件常常難以滿足，使得通過大量實驗獲得空洞目標回波數(shù)據(jù)庫的方法也不可行。針對以上問題，本文以對城市

2、道路地下各種空洞目標正演模擬為基礎，分析總結(jié)空洞目標反射特征，并分別研究了探地雷達數(shù)據(jù)雜波抑制、空洞目標檢測以及空洞目標識別問題。為空洞目標探測積累了數(shù)據(jù)樣本，提供了空洞目標的檢測和識別方法，為從大量采集數(shù)據(jù)中正確解譯空洞目標提供了有力的依據(jù)。本文的主要研究內(nèi)容概括如下：
　?。?）針對無載頻脈沖探地雷達系統(tǒng)，研究了基于時域有限差分法的探地雷達空洞目標正演模擬。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、維空洞目標反射雷達圖譜。分析并總結(jié)了形狀、埋藏深度以及尺寸對空洞目標回波的影響。為實際探測積累了經(jīng)驗，為后續(xù)目標檢測和識別積累了實驗數(shù)據(jù)。
　?。?）針對地表直達波和背景雜波，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。針對減均值法只能適用于均勻雜波，主成分分析法對強雜波魯棒性差的問題，提出利用魯棒主成分分析進行雜波抑制。對比實驗證明魯棒主成分分析對探地雷達B-scan的信雜比改善效果最好。
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4、）針對探地雷達目標檢測問題，研究了單采樣點檢測法，對于單個采樣點建立二元假設檢驗模型，給出檢測結(jié)果性能分析。然后提出了基于最小二乘估計的目標檢測算法。利用無目標的參考信號對當前待檢測數(shù)據(jù)道進行估計，得到各采樣點估計誤差平方和最小意義下的最優(yōu)估計，并利用估計誤差的平方和作為檢驗統(tǒng)計量，和固定門限比較以判斷是否存在目標。經(jīng)過實驗分析，得出該檢測算法的可靠性。
　?。?）針對信號特征提取問題，分別從時域、頻域以及小波域?qū)μ降乩走_信號進行

5、分析。通過定性和定量分析，總結(jié)出空洞目標回波信號與非空洞目標信號的差異，并以此為依據(jù)分別提取時域A-scan，頻域能量密度譜和小波包能量譜作為特征。
　?。?）針對空洞目標識別，通過比較分析，提出了一種基于支持向量機（SupportVectorMachine,SVM）的地下空洞目標識別方法。并利用上述提取的三個特征進行了空洞目標識別實驗。仿真實驗和實測數(shù)據(jù)實驗都證明了所提的空洞目標識別方法的有效性，利用三種特征都能成功地對空洞目標