收藏本站
《吉林大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

探地雷达信号分辨率提高方法研究

张丽丽  
【摘要】:探地雷达作为一种高效的浅层地球物理探测技术,它的发展从20世纪初到现在,已经经历了一个世纪。随着探地雷达的进一步发展及应用,对于分辨率的要求越来越高。然而由于探地雷达的工作原理是通过向地下发射和接收高频电磁波从而实现对目标体的探测。与探空雷达电磁波在理想无耗介质中的传播所不同的是,探地雷达工作主要对象为有耗介质,探地雷达波在有耗介质中传播时会发生衰减和频散现象导致接收到的数据图像变得模糊失真,影响了探地雷达探测的深度和分辨率,这使得探地雷达的高分辨率这一优点受到了一定的限制,制约了高分辨率探地雷达技术的发展。鉴于衰减与频散对雷达波的影响,提高探地雷达分辨率的方法研究就显得非常有意义。高分辨率探地雷达技术的研究主要涉及到基本理论研究,方法研究和仪器研究三大方面。本文针对提高探地雷达分辨率技术主要进行的是方法研究,更确切是说本文进行的是提高探地雷达分辨率技术的信号处理算法的研究。围绕着提高探地雷达分辨率这一宗旨,本文的主要研究包括探地雷达品质因子Q值的估计,反Q滤波以及反褶积三个部分,这三部分主要研究内容简单介绍如下: 针对探地雷达品质因子Q的估计问题,本文对振幅谱比法求Q值算法进行了改进,把利用傅里叶变换求单一的频谱值转化成利用时频分析理论来求时频谱,利用这个时频谱的比值来估计Q值。 本文进一步发展了利用频率漂移法估计Q值的算法,并利用多层常Q模型对本算法进行了验证。 本文实现了利用探地雷达直达波的包络峰值处瞬时频率来估计Q值的方法。借鉴地震理论中的子波可以由四个参数:调制频率,子波的能量衰减因子,以及子波的幅度和相位来确定这一理论,在水平层状介质中,设每层的Q值为常数(即Q值和频率无关),从平面波的单程波传播理论的频率域方程出发,借助包络峰值处瞬时频率的定义,经过公式推导可知,Q值是由包络峰值处的瞬时频率的变化,传播时间以及子波能量衰减因子共同确定的,得到了利用探地雷达VRP资料直达波的包络峰值处瞬时频率来估计Q值的方法。并利用FDTD理论合成的实验数据以及野外实际数据对该算法的有效性和准确性进行了验证。 本文借鉴地震上的反Q滤波算法,把波场延拓理论结合广义S变换理论应用到探地雷达信号层状介质的反Q滤波数据处理中,假定地下Q模型为多层常Q结构,对每个常Q层,将地表波场记录直接延拓到当前层顶部;在常Q层内对延拓后的波场在时频域采用广义S变换,对信号进行反Q滤波;对滤波结果求广义S反变换,得到反Q滤波后的时域信号。最后利用本方法对基于波场延拓理论合成的层状探地雷达衰减记录和采用FDTD理论得到的两层探地雷达衰减记录进行了振幅和相位补偿,验证了该算法在探地雷达反Q滤波中的正确性和有效性。 本文把探地雷达吸收频散介质中的反Q滤波方法和介质的逆散射理论联系起来,根据散射场理论和格林函数理论的相关知识,把探地雷达中层状介质的反Q滤波转化为介质的逆散射问题。通过对逆散射问题的求解从而达到补偿电磁波在地下传播过程中幅值和相位所产生的畸变的目的。 本文对传统的探地雷达褶积模型进行了讨论,提出了用线性时变系统来描述雷达的回波信号,即把雷达回波信号描述成子波和地层两者的线性积分形式,为了验证该模型的正确性,本文把这个模型用到探地雷达子波提取的过程中,采用的地下介质分别为传统意义上的层状介质以及具有局部小尺度的非均匀特性的随机介质和野外实际数据,验证了这种线性时变系统比传统的线性时不变系统的褶积形式能够更好的来描述探地雷达回波信号。 在探地雷达子波提取的过程中,本文把分数阶傅里叶变换理论应用到探地雷达子波求取算法中,在提取子波的过程中,假设探地雷达信号满足分数阶傅里叶变换最优滤波的先验知识,利用分数阶傅里叶变换是酉变换,具有保范性这一特点,把子波的提取问题转化为在分数阶傅里叶变换域上的最优滤波问题。在分数阶傅里叶变换域上找到最优解,最后经过分数阶傅里叶变换反变换得到子波估计的时域信号。并针对单一的最优滤波效果不够理想以及信号受到噪声的影响时,单一的最优滤波不能满足需要的问题,本文提出了分数阶傅里叶域上的多级滤波的概念,以达到消除单一滤波的最优滤波效果不够理想和消除信号受到噪声的影响的目的。本文的子波提取算法对于子波的形状和特点没有做特殊的要求,所以本文所述的算法更具有普遍性。 建立在上面所述的线性时变地层系统响应模型基础之上,本文提出了基于地层频谱补偿因子探地雷达反褶积技术,本文通过分数阶傅里叶变换最优滤波算法在分数阶傅里叶变换域上来求取一个地层频谱校正因子以达到对原始记录的频谱进行校正,提高分辨率的目的。并且把本文提出的算法与建立在传统的褶积模型的基于地层频谱补偿因子探地雷达反褶积算法进行了对比,验证了本文所提出的算法比传统方法更加合理有效。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P631

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵义正,杨景曙;基于分数阶Fourier变换的瞬时频率估计方法[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年01期
2 陶然,周云松;基于分数阶傅里叶变换的宽带LFM信号波达方向估计新算法[J];北京理工大学学报;2005年10期
3 王群,何云龙,王春和,房旭民,倪宏伟;基于神经网络的探地雷达探雷研究[J];电波科学学报;2001年03期
4 周杨,冷元宝,赵圣立;路用探地雷达的应用技术研究进展[J];地球物理学进展;2003年03期
5 刘敦文,徐国元,黄仁东,古德生;一种基于神经网络的探地雷达信号解释研究[J];地球物理学进展;2004年01期
6 李宏兵,赵文智,曹宏,姚逢昌,邵龙义;小波尺度域含气储层地震波衰减特征[J];地球物理学报;2004年05期
7 刘四新;曾昭发;;频散介质中地质雷达波传播的数值模拟[J];地球物理学报;2007年01期
8 高静怀;杨森林;;利用零偏移VSP资料估计介质品质因子方法研究[J];地球物理学报;2007年04期
9 高静怀;杨森林;王大兴;;利用VSP资料直达波的包络峰值处瞬时频率提取介质品质因子[J];地球物理学报;2008年03期
10 齐林,陶然,周思永,王越;DSSS系统中基于分数阶傅立叶变换的扫频干扰抑制算法[J];电子学报;2004年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 苏茂鑫;减少吸收衰减影响的高分辨率探地雷达技术研究[D];吉林大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 徐波;利用反Q滤波方法消除探地雷达信号子波频散[D];吉林大学;2006年
2 田丽花;地震波散射场正演数值模拟[D];中国地质大学(北京);2007年
3 张显文;基于VSP的高分辨率地震数据处理方法研究[D];吉林大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘金龙;陆伟东;路宏伟;杨放;曹华;;混凝土结构缺陷的雷达检测方法研究[J];四川建筑科学研究;2009年06期
2 徐宏武;;渝湘高速下塘口一号隧道突水病害诊断及处治[J];地下空间与工程学报;2010年04期
3 阚生雷;穆伟刚;李晓芳;;基于地质雷达的河道断面测量的实验研究[J];北方工业大学学报;2010年03期
4 杨小明;陶然;;基于分数阶Fourier变换和ESPRIT算法的LFM信号2D波达方向估计[J];兵工学报;2007年12期
5 吴礼;彭树生;肖泽龙;是湘全;;提高毫米波近程探测雷达测距精度的方法研究[J];兵工学报;2009年03期
6 陈韵;王逸林;蔡平;殷敬伟;梅继丹;;基于分数阶Fourier变换的远程水声通信技术研究[J];兵工学报;2011年09期
7 冯冀宁;刁哲军;杨晓波;吴嗣亮;;基于假设检验的FRFT域LFM干扰抑制[J];兵工学报;2012年01期
8 王培月,裴佃飞;复杂地质环境下255大巷附近地质异常地质雷达探测研究[J];北京科技大学学报;2004年06期
9 李灿苹;刘学伟;;随机介质非均匀地质体尺度研究(英文)[J];Applied Geophysics;2011年04期
10 姚健;曾昭发;黄玲;张代国;;基于矢量网络分析仪的低频探地雷达系统野外实验及结果分析[J];吉林大学学报(地球科学版);2006年S2期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 尹俊涛;张晓炜;陈东海;;探地雷达在高速公路改扩建工程中的应用探讨[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
2 徐涛;宁俊瑞;刘春成;李守林;;地球介质自组织性对地震波走时和振幅的影响[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第一卷)[C];2008年
3 尚永生;杨长春;王真理;陈发宇;范兴斌;;柴达木盆地第四系气藏烃类检测研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第六卷)[C];2008年
4 谢雄耀;覃晖;;探地雷达探测隧道衬砌钢筋的神经网络识别方法[A];2010年全国工程地质学术年会暨“工程地质与海西建设”学术大会论文集[C];2010年
5 陈勇;张小俊;宋雷;;腐蚀弱化地基注浆加固的地质雷达检测[A];贵州省岩石力学与工程学会2010年学术年会论文集[C];2010年
6 吴丰收;曾昭发;王德库;王者江;黄玲;叶远胜;;沥青心墙压实度的探地雷达探测研究[A];土石坝技术——2008年论文集[C];2008年
7 孙洪星;;实用矿山物探技术应用新进展与展望[A];中国科协2004年学术年会第16分会场论文集[C];2004年
8 孙炳章;李景文;;SAR移频干扰抑制方法研究[A];2010振动与噪声测试峰会论文集[C];2010年
9 赵国泽;陈小斌;汤吉;;中国地球电磁法新进展和发展趋势[A];纪念中国地球物理学会成立60周年专辑[C];2007年
10 张猛;匡斌;孟祥宾;徐兆涛;;混合相位地震子波提取及应用[A];中国地球物理学会第二十三届年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 殷复莲;同步CDMA系统NBI识别及抑制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘友永;水声差分跳频通信关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 李宏;雷达侦察与无源定位中LPI信号分析处理技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
4 王立国;近场源参数估计算法研究[D];吉林大学;2011年
5 雷军;宜万铁路施工期隧道岩溶突水地质灾害形成规律与危险性评估方法研究[D];北京交通大学;2011年
6 郭佳奇;岩溶隧道防突厚度及突水机制研究[D];北京交通大学;2011年
7 廉玉广;庐枞盆地金属矿地震波场精细模拟及属性应用研究[D];吉林大学;2011年
8 盛虎;分数阶信号合成与滤波技术研究及应用[D];大连理工大学;2011年
9 赵闯;岩石粘弹性质的实验研究[D];中国科学技术大学;2011年
10 林金鑫;综合地球物理考古方法的应用可行性研究[D];浙江大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李安亮;弹性波透地通信信道探测关键技术的研究[D];山东科技大学;2010年
2 陈赓;弹性波透地通信信号接收关键技术的研究[D];山东科技大学;2010年
3 郑宁;离散分数阶Fourier变换算法的仿真研究及FPGA实现[D];郑州大学;2010年
4 李帆;基于LMS的离散分数阶Fourier变换移动算法研究[D];郑州大学;2010年
5 杨兵;基于改进介电常数模型的沥青路面面层压实度反演[D];郑州大学;2010年
6 刘雪冉;矿区复垦土壤压实特征及蘑菇料施用改良效果研究[D];山东农业大学;2010年
7 胡静;远距离无线TDCS的衰落信道适应技术[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 王洋;直扩系统中线性调频干扰抑制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 高璎园;轨道车辆平轮实时检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 王智;黄土隧道中地质雷达超前预报图像的实例分析[D];长沙理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张雪芹;李增瑞;王均宏;;加载偶极天线的脉冲散射特性研究[J];北京交通大学学报;2006年05期
2 董永强,陶然,周思永,王越;基于分数阶傅里叶变换的SAR运动目标检测与成像[J];兵工学报;1999年02期
3 吕善伟,杨学斌,贾晓笑,周建军;一种宽频带振子天线[J];北京航空航天大学学报;2000年01期
4 陶然,周云松;基于分数阶傅里叶变换的宽带LFM信号波达方向估计新算法[J];北京理工大学学报;2005年10期
5 刘四新,佐藤源之;时间域有限差分法(FDTD)对井中雷达的数值模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2003年04期
6 刘四新;二维圆柱坐标下FDTD法对多频电磁波测井的数值模拟[J];吉林大学学报(地球科学版);2004年02期
7 刘四新,曾昭发,徐波;地质雷达数值模拟中有损耗介质吸收边界条件的实现[J];吉林大学学报(地球科学版);2005年03期
8 王者江,曾昭发,薛建,刘四新;KL变换消除探地雷达数据中的水平相干噪声[J];吉林大学学报(地球科学版);2005年S1期
9 刘四新,曾昭发,徐波;钻孔雷达探测地下裂缝[J];吉林大学学报(地球科学版);2005年S1期
10 苏茂鑫;田钢;曾昭发;黄玲;石双虎;杨静;;频率补偿技术在提高探地雷达分辨率中的应用[J];吉林大学学报(地球科学版);2007年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘敦文;地下岩体工程灾害隐患雷达探测与控制研究[D];中南大学;2001年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴晋,徐兴新,陈嘉鸥,吴相安,叶斌;应用探地雷达技术检测地基加固质量的探讨[J];地质与勘探;1999年04期
2 王惠濂,李大心,祁明松,黄南晖,邓世坤;pulse EKKOIV脉冲时域探地雷达工程地质现场的试验[J];物探与化探;1992年04期
3 吕英明,徐晓培,吕继东;探地雷达在非均匀地基勘察中的应用[J];中国煤田地质;1997年01期
4 韩希贤;;探地雷达[J];科学之友;1997年04期
5 孙洪星,李凤明;探地雷达高频电磁波传播衰减机理与应用实例[J];岩石力学与工程学报;2002年03期
6 杨建广,吕绍林;地球物理信号处理技术的研究及进展[J];地球物理学进展;2002年01期
7 关涌涛;探地雷达速度谱估计的实验研究[J];安阳师范学院学报;2004年02期
8 王惠濂;探地雷达概论——暨专辑序与跋[J];地球科学-中国地质大学学报;1993年03期
9 韩湘君,赵永辉,吴健生,万明浩;分形技术在探地雷达资料处理解释中的应用[J];长春科技大学学报;2000年04期
10 杨天春,易伟建,吕绍林;探地雷达数据文件的分割[J];物探与化探;2005年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 何茂兵;孙波;杨亚新;焦克勤;;探地雷达在冰川学中的应用研究:以天山1号冰川为例[A];中国地球物理学会年刊2002——中国地球物理学会第十八届年会论文集[C];2002年
2 方广有;;探地雷达(GPR)原理、现状与展望[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
3 于景兰;王春和;李海涛;;国产探地雷达的应用实例分析[A];中国地球物理学会年刊2002——中国地球物理学会第十八届年会论文集[C];2002年
4 何现启;朱自强;;几种探地雷达技术的比较与分析[A];当代矿山地质地球物理新进展[C];2004年
5 杨天春;易伟建;吕绍林;朱自强;伍永贵;;探地雷达在钢筋结构检测中的应用[A];当代矿山地质地球物理新进展[C];2004年
6 殷勇;朱大奎;王颖;葛晨东;I.Peter Martini;;海南岛东部博鳌地区沙坝-泻湖沉积体系演化及探地雷达(GPR)的应用[A];2001年全国沉积学大会摘要论文集[C];2001年
7 于景兰;;国内探地雷达的应用与发展[A];资源、环境与工程电法勘探方法技术交流会论文集[C];2003年
8 李鹏;;钢筋混凝土的探地雷达法检测[A];第十三届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2004年
9 冯彦谦;王银;;探地雷达在铁路挡土墙质量检测中的应用[A];中国地球物理·2009[C];2009年
10 单娜琳;程志平;;探地雷达记录中干扰波的识别[A];1995年中国地球物理学会第十一届学术年会论文集[C];1995年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 胡左;深层探地雷达可见百米地下[N];中国技术市场报;2010年
2 记者 胡左;我自主知识产权探地雷达可见百米地下[N];科技日报;2010年
3 记者 罗源源;探地雷达 给道路“做B超”[N];首都建设报;2011年
4 张基军;北京:国产探地雷达首次“探路”[N];中国交通报;2004年
5 王锦榕;探地雷达服务福建地灾评估[N];地质勘查导报;2008年
6 记者 李宇;燕大师生接触世界领先科技[N];秦皇岛日报;2007年
7 本报记者 金晓玲;看!“探地雷达”这样探路[N];辽宁日报;2009年
8 记者 许晓岚;能给地球做CT的深层探地雷达问世[N];内蒙古日报(汉);2010年
9 通讯员  王利军 俞凌枫 实习生 潘振华 记者  唐斌;杭州有了路面探地雷达[N];杭州日报;2006年
10 高雪鹏;稀有含水晶陨石出土,探地雷达立奇功[N];新华每日电讯;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张丽丽;探地雷达信号分辨率提高方法研究[D];吉林大学;2012年
2 王萍;探地雷达检测土壤紧实性的实验研究和信号反演[D];中国矿业大学(北京);2010年
3 何瑞珍;探地雷达检测土壤物化质量的关键技术研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
4 邹爱民;低频段脉冲探地雷达技术研究[D];吉林大学;2011年
5 史凌峰;探地雷达检测中的关键技术研究[D];西安电子科技大学;2008年
6 高翔;浅埋地层探地雷达信号处理与目标识别研究[D];中国海洋大学;2011年
7 李太全;探地雷达天线系统的设计、实现与优化[D];武汉大学;2004年
8 孔令讲;浅地层探地雷达信号处理算法的研究[D];电子科技大学;2003年
9 黄玲;多输入多输出探地雷达方法研究[D];吉林大学;2010年
10 舒志乐;隧道衬砌内空洞探地雷达探测正反演研究[D];重庆大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王道平;探地雷达的时域仿真方法研究[D];安徽大学;2010年
2 屈义萍;冲击脉冲探地雷达发射与接收电路的设计[D];沈阳航空工业学院;2010年
3 周飞;仓外探测小麦密度及数量的反演研究[D];河南工业大学;2010年
4 刘康;基于MATLAB的探地雷达数据处理研究及软件开发[D];中国地质大学(北京);2011年
5 李鹏;探地雷达数据采集和显示的实现[D];电子科技大学;2004年
6 魏剑涛;探地雷达的分析和研究[D];大连理工大学;2000年
7 胡晓;基于分层媒质内部反射的探地雷达信号处理方法研究[D];广东工业大学;2011年
8 李丽丽;全极化探地雷达采集系统及校准技术初探[D];吉林大学;2010年
9 李广场;有限差分法探地雷达波动方程偏移[D];河海大学;2004年
10 刘忻;探地雷达信号处理算法研究与实现[D];电子科技大学;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026