基于射線理論的探地雷達(dá)信號仿真方法.pdf

1、探地雷達(dá)(簡稱GPR)是一種高效的地下介質(zhì)無損檢測方法，它通過發(fā)射高頻電磁脈沖波，利用地下介質(zhì)電性參數(shù)的差異，根據(jù)回波的振幅、波形和頻率等運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征來分析和推斷介質(zhì)結(jié)構(gòu)和物性特征，具有探測速度快、非破壞性、分辨率高、可進(jìn)行數(shù)據(jù)實時成像處理等優(yōu)點(diǎn)，在水文、工程、環(huán)境等領(lǐng)域已取得廣泛的應(yīng)用。而探地雷達(dá)的數(shù)值模擬是整個雷達(dá)成像方法的關(guān)鍵。對雷達(dá)圖像作數(shù)值模擬，有助于加深對雷達(dá)反射剖面特征的認(rèn)識，為實測雷達(dá)剖面的解釋提供依據(jù)，這也是探地

2、雷達(dá)技術(shù)中的一個難點(diǎn)。本文針對探地雷達(dá)的數(shù)值模擬問題進(jìn)行了詳細(xì)研究，在射線理論的基礎(chǔ)上研究了用于探地雷達(dá)信號合成的射線追蹤數(shù)值計算方法，編制了相應(yīng)的計算程序，進(jìn)行了計算機(jī)仿真模擬，主要成果有： 在經(jīng)典最短路徑射線追蹤算法基礎(chǔ)上，提出了基于波前擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)射線追蹤方法。將節(jié)點(diǎn)慢度分布在計算單元格角點(diǎn)上，采用雙線性插值公式獲得任一點(diǎn)的慢度值，使模型更接近真實情況；推導(dǎo)了基于Fermat原理的旅行時插值公式，提高了算法的計算精度；針對算

3、法的計算效率問題，提出了基于最小二叉堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案，降低了算法的時間復(fù)雜度，提高了算法的計算效率；算法避免了直接采用Snell定律求解介質(zhì)反射面上反射點(diǎn)時的復(fù)雜計算過程，仿真實例表明基于波前擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)射線追蹤方法兼顧了精度和效率，適應(yīng)性強(qiáng)，一次計算可以同時求出任意幾何形狀的同一反射面上所有的反射點(diǎn)，這是別的射線追蹤方法難以做到的。 提出了基于波前擴(kuò)展射線追蹤的探地雷達(dá)數(shù)值模擬方法，解決了不規(guī)則反射面上的反射點(diǎn)及反射路徑確定