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探地雷达信号的小波分析技术及其工程应用

王占军  
【摘要】: 探地雷达作为一种新型的公路无损检测技术,具有速度快、无损伤、高效率、低成本和高分辨率成像等优点,已经在工程实际中得到广泛的应用。探地雷达所采取的信号往往包含很多尖峰或突变状的非平稳成分,并且噪声也不一定是平稳的白噪声。对这种信号进行分析,首先需要进行信号的预处理,将信号中噪声部分去除,提取有用信号。对这种信号的去噪,用传统的傅立叶变换(Fourier)法显得无能为力,而小波分析能有效地区分信号中的突变部分和噪声,从而实现信号的去噪。所以在对探地雷达信号处理中,小波变换是一种更加适合的工具。在利用小波变换处理后的探地雷达图像判别路基和隧道衬砌质量状况时,正确识别目标体的雷达图像特征是进行探地雷达图像解释的核心内容。 本文选取db5小波函数处理探地雷达信号,采用一维小波变换的强制消噪处理,硬、软阈值滤波和小波包算法用于探地雷达单波信号的滤波去噪,取得了很好的效果。综合比较各种去噪方法的处理结果,阈值滤波实际消噪处理结果比较好,可信度高。而强制滤波比较简单,但容易丢失信号中的有用部分。 利用采用二维小波变换的硬、软阈值滤波和小波包滤波的方法处理雷达图像,处理之后都能获得比较清晰的雷达图像。不同方法的处理结果比较显示,硬阈值滤波可以较好的保留图像边缘等局部特征,但图像会出现伪吉布斯效应等视觉失真现象;而软阈值处理相对平滑,但可能会造成边缘模糊等失真现象 利用探地雷达图像判别路基和隧道衬砌质量状况时,首先对所采集到的雷达图像进行小波去噪,然后根据不同路基和隧道病害的波形特征,通过现场取芯验证,从而得出不同的特征的雷达图像对应的路基和隧道病害。最后,通过雷达信号的小波变换分解后的波形分析,从理论上验证出空洞的存在。本文为利用探地雷达图像来判别隧道和衬砌质量状况提供了依据。


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