稀疏約束的探地雷達信號參數(shù)反演方法研究.pdf

1、近年來，國家交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展迅速，公路、鐵路和地鐵隧道的規(guī)模顯著增加，為滿足其質(zhì)量檢測和日常維護需求，建立一種能夠自動解釋復(fù)雜場景GPR數(shù)據(jù)的框架日益迫切，尤其是在地下介質(zhì)參數(shù)反演方面，以往技術(shù)人員都是依靠簡化公式或工作經(jīng)驗人工地調(diào)整參數(shù)來分析探地雷達接收信號。這使得反演結(jié)果并不是很精確，同時，傳統(tǒng)方法更多的是應(yīng)用在單層結(jié)構(gòu)中，因此如何建立一個系統(tǒng)化的流程分析探地雷達在多層結(jié)構(gòu)中的回波信號具有重要的研究意義。
　　基于此，本文從建

2、立多層結(jié)構(gòu)中的電磁波傳播模型，雷達回波信號的時延和反射率估計還有參數(shù)反演三個方面開展工作，根據(jù)電磁波傳播規(guī)律建立了一個充分考慮噪聲和多次反射的電磁波傳播模型，結(jié)合廣義反射系數(shù)稀疏的先驗知識將稀疏分解技術(shù)引入到探地雷達信號處理中，利用正交匹配追蹤(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)、分段正交匹配追蹤(Stagewise Orthogonal Matching Pursuit,StOMP)、稀疏度自適應(yīng)匹配追蹤

3、(Sparsity Adaptive Matching Pursuit,SAMP)、變步長的自適應(yīng)匹配追蹤(Variable step size Adaptive Matching Pursuit,VssAMP)等稀疏分解技術(shù)估計信號時延和廣義反射系數(shù)并與線性反卷積、L2反卷積等方法估計結(jié)果進行對比。實驗結(jié)果表明回波信號不發(fā)生混疊時，反卷積方法和稀疏分解方法均能在多次回波和噪聲干擾的環(huán)境下估計信號時延和反射率，不過反卷積方法消耗時間更長

4、；在回波信號具有混疊時，稀疏分解方法仍能精確估計時延和反射率，而反卷積方法因為多次回波的影響雖然能精確估計時延但并不能精確估計反射率，這使得之后的參數(shù)反演結(jié)果誤差較大。
　　在實現(xiàn)信號時延和反射率估計的基礎(chǔ)上，結(jié)合之前建立的電磁波傳播模型逐層反演介質(zhì)參數(shù)。參數(shù)反演結(jié)果表明OMP算法較其他稀疏分解方法反演精度要高，但該方法需要已知信號稀疏度，而StOMP、SAMP、VssAMP方法均能在未知信號稀疏度的情況下精確地反演出多層結(jié)構(gòu)的參