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《国防科学技术大学》 2012年
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探地雷达成像技术研究

周琳  
【摘要】:探地雷达(GPR)是一种利用电磁波对地下区域进行无损探测的装置,它根据电磁波在地下介质不连续处产生的反射和散射等现象来反演地下场景和目标的信息,实现对地下目标的检测和识别。通过GPR成像技术,可以对地下目标的信息进行直观显示,便于人们对地下目标的解译。由于GPR成像技术具有非破坏性、高分辨率、探测速度快、操作方便、安全性高等优点,其在军事和民用领域中得到广泛的应用,具有很好的发展前景。与传统雷达成像不同,GPR成像场景较为特殊,具体表现为GPR工作于近场条件,且工作场景和目标特性均比较复杂。为了克服上述问题,本文分别从时域和频域成像技术、超分辨成像技术和压缩感知成像技术等方面对GPR成像进行了深入研究。 首先研究了时域的反向投影(BP)成像算法。GPR成像场景中分层介质的存在使得电磁波发生折射现象,在成像时必须对介质分界面上折射点的位置进行求解,然而该求解过程计算量大、复杂性高。本文从改进近似求解方法和降低算法冗余性两个角度出发提出了优化的折射点求解方法,极大地提高了算法的精度和计算效率。研究发现标准BP算法具有成像速度慢和成像结果干扰严重的缺点,针对前者本文提出了FBP算法,通过子孔径划分和极坐标处理降低了算法复杂度,提高了计算速度,且便于并行实时计算;针对后者本文提出了CBP算法,通过在数据叠加前引入互相关操作,对成像结果中的旁瓣和杂波具有良好的抑制效果。 其次研究了频域的距离偏移(RM)成像算法。当使用经典RM算法进行GPR成像时,成像结果中目标不能正确聚焦,该问题的原因是在GPR成像的分层介质模型下波场传播的连续性被破坏。本文在建立分层介质场景中的爆炸源模型基础上,提出了适合于分层介质成像的LRM算法。LRM算法通过将波场的非连续传播过程分解为多个局部连续传播过程,不仅克服了经典RM算法无法有效聚焦的问题,还保持了RM算法计算速度快的特点。 在对传统的时域和频域算法研究之后,本文研究了基于谱估计理论的超分辨成像算法。传统算法受信号有限带宽的限制,成像结果中存在大量的旁瓣和杂波等干扰。而现代谱估计领域中的鲁棒Capon波束形成(RCB)理论和正弦幅度相位估计(APES)理论具有分辨率高、干扰抑制效果好、鲁棒性强的优点,本文分别根据这两种理论提出了RCB成像算法和APES成像算法,得到了高分辨率低干扰的成像结果。但是这两种算法受高维矩阵运算的限制,其计算效率不高。本文通过在子图像域进行预波束形成处理进而构造低维波束矢量,实现了协方差矩阵维度的降低,从而提出了DR-RCB算法和DR-APES算法。这两种算法在保持前两种算法成像质量的同时,显著地提高了计算速度。 最后研究了基于压缩感知(CS)理论的成像算法。由于CS理论突破了传统数据采集中Nyquist采样率的限制,可以从少量的数据中精确恢复出原始的稀疏信号,极大地简化了数据采集、编码解码和数据传输的工作。结合GPR成像的实际场景中目标空间满足稀疏性要求,本文提出了CS成像算法,并以聚焦度、成像误差等为指标系统分析了测量矩阵维度、信噪比、数据损失率和目标密集度等因素对成像结果的影响,证实了CS算法具有优良的成像性能和干扰抑制能力,以及较强的鲁棒性。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN957.52

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杜二计;赵林;李韧;;探地雷达在祁连山多年冻土调查中的应用[J];冰川冻土;2009年02期
2 沈飚,于东海,孙忠良;探地雷达系统的研制及其应用[J];东南大学学报;1996年03期
3 冯晅;鹿琪;刘财;刘洋;王世煜;;防步兵地雷地球物理探测技术国内外研究动态[J];地球物理学进展;2008年03期
4 李才明;王良书;徐鸣洁;刘元生;钟锴;张善法;;基于小波能谱分析的岩溶区探地雷达目标识别[J];地球物理学报;2006年05期
5 雷文太;粟毅;黄春琳;;表层穿透雷达递归反向投影成像算法[J];电子学报;2005年12期
6 李禹,粟毅,黄春琳,高守传;冲激雷达接收中的随机射频干扰抑制方法[J];电子与信息学报;2004年05期
7 高守传,黄春琳,粟毅;主元分析法去除瞬态系统收发耦合波研究[J];电子与信息学报;2004年09期
8 余慧敏;方广有;;压缩感知理论在探地雷达三维成像中的应用[J];电子与信息学报;2010年01期
9 张伟;李姝昱;张诗悦;韦雄飞;;探地雷达在水利工程隐患探测中的应用[J];水利与建筑工程学报;2011年01期
10 陈义群,肖柏勋;论探地雷达现状与发展[J];工程地球物理学报;2005年02期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 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
2 周红;基于子带子孔径的低频SAR成像及运动目标检测技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
3 邹爱民;低频段脉冲探地雷达技术研究[D];吉林大学;2011年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 武拥军;吴先良;;双站移不变SAR成像的一种通用等效单站RD算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年05期
2 彭劲松;秦永元;严恭敏;;OpenGL在雷达图像实时显示中的应用[J];兵工自动化;2006年01期
3 谢宜壮;朱柏承;汪精华;;星载SAR实时成像处理系统结构设计[J];兵工学报;2010年S2期
4 周荫清,何岷,陈杰,李春升;基于星上实时信号处理机的Chirp Scaling算法实现方法[J];北京航空航天大学学报;2005年02期
5 曾涛;黄光平;;聚束SAR模式下ω-k和PFA算法的比较[J];北京理工大学学报;2006年06期
6 金烨;龙腾;;FIR-RD快视算法方位向二维频谱匹配流程的改进[J];北京理工大学学报;2008年05期
7 郭琨毅;盛新庆;唐波;;机动目标的时频变换ISAR成像仿真[J];北京理工大学学报;2009年02期
8 刘伟;李海;;基于Photoshop插件的SAR图像处理与评估系统[J];北京理工大学学报;2009年05期
9 郑坤;高梅国;刘国满;;一种基于扩展孔径的SAR欺骗干扰算法[J];北京理工大学学报;2009年05期
10 傅雄军;方秋均;鄢宏华;高梅国;;基于天基雷达探测的静止轨道目标监视[J];北京理工大学学报;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨海粟;磨国瑞;张江华;刘婷;;雷达导引头DBS回波信号模拟仿真[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
2 廖汉程;毛士艺;;SAR数字图像后处理系统的硬件与软件设计[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
3 甘荣兵;王建国;何川;;对合成孔径雷达的弹射式干扰性能分析[A];第十一届全国信号处理学术年会(CCSP-2003)论文集[C];2003年
4 赵哲;许人灿;陈曾平;;一种改进的ESPRIT成像算法[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
5 杨剑;陈曾平;刘万全;;基于多DSP的雷达成像处理平台设计[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
6 黄艺毅;王军锋;刘兴钊;;双站ISAR成像算法的研究[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
7 祝本玉;薛磊;史军军;;基于ULAM混沌的ISAR干扰技术研究[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
8 高磊;邹江威;陈曾平;;一种ISAR成像信号中微动成份分离方法[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
9 张子善;黎向阳;张汉华;;一种改进的极坐标波数域圆迹SAR三维成像算法[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
10 王磊;陆珉;黄春琳;李禹;;基于自适应检测的中值滤波法抑制探地雷达RFI[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘吉英;压缩感知理论及在成像中的应用[D];国防科学技术大学;2010年
2 王力宝;多输入多输出合成孔径雷达关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
3 王怀军;MIMO雷达成像算法研究[D];国防科学技术大学;2010年
4 贺思三;微动目标高分辨雷达信号建模及特征提取[D];国防科学技术大学;2010年
5 杨科锋;移变双基地SAR特性与成像方法研究[D];国防科学技术大学;2009年
6 李金梁;箔条干扰的特性与雷达抗箔条技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
7 赖涛;星载多通道SAR高分辨宽测绘带成像方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
8 常宇亮;瞬态极化雷达测量、检测与抗干技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
9 陶勇;知识辅助的SAR图像目标特性分析与识别研究[D];国防科学技术大学;2010年
10 朱洪波;基于亮度变化测度的多源影像抗干扰融合模型研究[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 史卫平;DInSAR技术及其在矿区地面沉降监测中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
2 姚冰;合成孔径声纳成像及目标检测与识别技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 罗卿莉;测绘困难区域星载干涉SAR基线估计与地理编码技术研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
4 崔阳;复杂地质构造条件隧道施工设计方案与衬砌检测评价[D];长沙理工大学;2010年
5 韩延磊;SAR和CALIPSO数据反演海面风速[D];中国海洋大学;2010年
6 张红敏;多基线InSAR数据仿真及其相位解缠技术研究[D];解放军信息工程大学;2010年
7 刘桢;基于极化信息的SAR地物分类技术研究[D];解放军信息工程大学;2010年
8 黎庆;星载SAR信道建模与回波检测性能研究[D];电子科技大学;2011年
9 王瑞军;基于非起伏目标的相参积累TBD方法研究[D];电子科技大学;2011年
10 辛凯;编队卫星SAR空间分辨率及模糊函数研究[D];电子科技大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宁浩;张晓磊;;水工混凝土裂缝成因与修补[J];现代农业科技;2010年12期
2 杨果林;杨立伟;;隧道施工地质超前预报方法与探测技术研究[J];地下空间与工程学报;2006年04期
3 周幼吾,黄茂桓;厚层地下冰形成理论的重大突破——程氏假说发表10周年[J];冰川冻土;1992年02期
4 曾仲巩,黄以职,夏志英,M.K.Seguin;青藏公路沥青路面下多年冻土分布的雷达探测[J];冰川冻土;1993年01期
5 李作福,李树德,王银学;兰州马衔山多年冻土特征与环境因素的关系[J];冰川冻土;1993年01期
6 刘时银,沈永平,孙文新,李刚;祁连山西段小冰期以来的冰川变化研究[J];冰川冻土;2002年03期
7 吴吉春;盛煜;于晖;李金平;;祁连山中东部的冻土特征(Ⅰ):多年冻土分布[J];冰川冻土;2007年03期
8 俞祁浩;白旸;金会军;钱进;潘喜才;;应用探地雷达研究中国小兴安岭地区黑河-北安公路沿线岛状多年冻土的分布及其变化[J];冰川冻土;2008年03期
9 顾钟炜;测地雷达在寒区浅层地质调查中的应用[J];冰川冻土;1994年03期
10 曾昭发;吴丰收;黄玲;刘凤山;孙继广;;自适应Chirplet变换及其在探地雷达目标探测中的应用(英文)[J];Applied Geophysics;2009年02期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 赵宇;李天斌;;探地雷达在隧道地质灾害探测中的应用[A];第三届全国岩土与工程学术大会论文集[C];2009年
2 徐向群;倪培君;;无损检测技术在建设工程质量检测中的应用[A];第二届浙江省建设工程质量检测技术研讨会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 乔小燕;基于生物形态学的赤潮藻显微图像分割与特征提取研究[D];中国海洋大学;2010年
2 杨科锋;移变双基地SAR特性与成像方法研究[D];国防科学技术大学;2009年
3 安道祥;高分辨率SAR成像处理技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
4 王彤;机载雷达简易STAP方法及其应用[D];西安电子科技大学;2001年
5 郭微光;机载超宽带合成孔径雷达运动补偿技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
6 刘光平;超宽带合成孔径雷达高效成像算法[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
7 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
8 张春城;浅地层探地雷达中的信号处理技术研究[D];电子科技大学;2005年
9 方学立;UWB-SAR图像中的目标检测与鉴别[D];国防科学技术大学;2005年
10 胡进峰;合成孔径探地雷达探测浅埋小目标的信号处理算法研究[D];电子科技大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 常玉林;多波段SAR图像配准及融合算法研究[D];国防科学技术大学;2004年
2 周红;基于UWB SAR子孔径图像的地面运动目标检测方法研究[D];国防科学技术大学;2007年
3 王可可;隧道地质超前预报探地雷达发射与采集技术研究[D];吉林大学;2009年
4 雷鹏正;机载Scan-GMTI技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
5 裴尼松;探地雷达和TSP超前预报在隧道的综合应用及分析研究[D];成都理工大学;2010年
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中国期刊全文数据库 前10条
1 刘利国,周荫清;两种大距离徙动高分辨率星载SAR成像算法的性能比较[J];雷达科学与技术;2004年03期
2 陈文英;陈玲;;合成孔径激光雷达技术及现状[J];电讯技术;2008年02期
3 孙进平;白霞;毛士艺;;聚束模式双基地SAR极坐标格式成像算法研究[J];电子学报;2008年12期
4 焦明连;蒋廷臣;;星载ScanSAR模式成像算法分析[J];全球定位系统;2009年04期
5 仇志华;李勇;毛新华;;一种基于无插值PFA的重叠子孔径成像算法[J];航空兵器;2009年05期
6 丁丁,王贞松,荆麟角,徐永健,谢列宾;星载ScanSAR成像研究[J];遥感学报;2002年04期
7 方科颖,黄巍,向敬成;基于多片ADSP-21160的R-D并行算法的实现[J];电讯技术;2004年05期
8 郭琨毅,王小青,盛新庆;距离向多孔径超宽测绘带成像体制中各项误差分析[J];电子与信息学报;2005年09期
9 张志禹;荣柱;;基于非均匀FFT的距离徙动算法[J];计算机工程与应用;2007年17期
10 白霞;袁运能;孙进平;毛士艺;;0.1米分辨率机载SAR系统的带宽实现和成像算法研究[J];电子学报;2007年09期
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1 王文远;;贝页斯层析成像算法在密度反演中的应用[A];中国工程物理研究院科技年报(2003)[C];2003年
2 白霞;孙进平;毛士艺;;双基地合成孔径雷达的Chirp z变换成像算法[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
3 张成;吴季;孙伟英;;基于伪极网格FFT的干涉式微波辐射计成像算法[A];第二届微波遥感技术研讨会摘要全集[C];2006年
4 陈静;杨万麟;;机载双基地SAR的R-D成像算法[A];2006中国西部青年通信学术会议论文集[C];2006年
5 黄艺毅;王军锋;刘兴钊;;双站ISAR成像算法的研究[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
6 尹峰;顾立本;韦钰;季颖;;应用最大熵的波动方程反演的层析成像方法研究[A];1990年中国地球物理学会第六届学术年会论文集[C];1990年
7 李卓;陈杰;李春升;周荫清;;顶层电离层探测星载HF-SAR系统分析与成像处理方法[A];第七届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2009年
8 赵满庆;贾鑫;;一端固定的双站SAR成像算法研究[A];第三届全国嵌入式技术和信息处理联合学术会议论文集[C];2009年
9 陈浩;吴仁彪;刘家学;韩智勇;;基于NUFFT的探地雷达偏移成像算法[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
10 曾海彬;曾涛;胡程;朱宇;;聚束SAR成像算法中的几种插值方法比较[A];第十二届全国信号处理学术年会(CCSP-2005)论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 中国消费者报 李碧;品质赢赞誉 服务铸品牌[N];中国消费者报;2006年
2 评测实验室 李献;魔法DiGiC进DV[N];计算机世界;2004年
3 ;专家坐堂之数码篇[N];电脑报;2004年
4 胡文华;早期发现乳癌成为现实[N];中国医药报;2004年
5 ;富士FinePix S1 Pro:迈向更高像素[N];中国计算机报;2001年
6 记者 李大庆;研制声纳偶然发现隐蔽旧河道[N];科技日报;2002年
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1 陈士超;同轨双基SAR成像算法研究[D];西安电子科技大学;2014年
2 刘光平;超宽带合成孔径雷达高效成像算法[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
3 公岷;分布式SAR系统若干问题研究[D];电子科技大学;2005年
4 张秋玲;基于分布式卫星的InSAR技术研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2005年
5 孙进平;机载聚束模式合成孔径雷达的成像算法研究[D];北京航空航天大学;2001年
6 穆冬;干涉合成孔径雷达成像技术研究[D];南京航空航天大学;2001年
7 高祥武;星载聚束模式合成孔径雷达系统研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2004年
8 张升康;双基地合成孔径雷达同步与成像算法[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2007年
9 张大炜;机载SAR实时处理技术和FMCW-SAR成像的研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2007年
10 周琳;探地雷达成像技术研究[D];国防科学技术大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 闵锐;高分辨力机载SAR成像处理研究[D];电子科技大学;2003年
2 卞英琳;合成孔径雷达成像模拟仿真系统[D];南京理工大学;2004年
3 黄晓芳;反舰导弹雷达导引头成像算法研究[D];西安电子科技大学;2006年
4 王晋君;图形处理器在锥束CT成像中的应用研究[D];首都师范大学;2009年
5 吕波;合成孔径雷达R-D成像算法研究[D];南京航空航天大学;2002年
6 张洪立;SAR原始信号仿真研究[D];西北工业大学;2003年
7 杨蒿;连续波合成孔径雷达成像技术研究[D];电子科技大学;2008年
8 刘伟;基于精确电磁建模的散射中心成像[D];电子科技大学;2008年
9 于慧;稀疏目标的关联成像算法研究[D];中国科学技术大学;2014年
10 张俊慧;微波无损检测及其成像算法的研究[D];沈阳工业大学;2004年
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