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浅地层探地雷达中的信号处理技术研究

张春城  
【摘要】:探地雷达是一种通过利用地下介质的不连续性来探测地下目标的有效工具。由于探地雷达具有探测速度快、探测过程连续、操作方便灵活、分辨率高、不损坏被探测目标等特点,使其在国防、公安,公路、铁路、桥梁、隧道、机场建设,及探矿,地质考察,考古等方面得到了广泛应用。 随着探地雷达应用范围的推广,对其的研究也越来越多。近年每两年均举行一次专门的探地雷达国际会议,国内外各种学术期刊上也有较多探地雷达方面的论文发表。探地雷达的应用通常可分为深层,中层,浅层应用三种,浅层应用主要用于探测地雷,探测地下未爆炸武器,高速公路质量检测,机场跑道质量检测,房屋建设中的钢筋检测,桥梁、隧道建设中的钢筋检测,以及重要场合的特殊检测等方面。相比较而言,对浅地层应用的探地雷达的研究不如中深层应用的探地雷达成熟。浅地层应用对探地雷达的要求更高,要使浅地层探地雷达具有很好的性能,除了系统设计时考虑好雷达的各种参数,设计出性能良好的超宽带天线等方面外,信号处理技术也是一个非常重要的方面,本文研究的就是浅地层探地雷达中的信号处理技术。 本文在研究浅地层探地雷达信号处理技术时,主要研究了杂波抑制,合成孔径成像,自动目标检测与定位,目标识别等方面,对这些部分的研究不是孤立的进行,而是将各个部分联系在一起进行研究。针对这几个研究对象,本文的主要工作及创新点如下所述: 1.讨论了各种探地雷杂波抑制方法,并较详细的介绍了均值法去背景这种最常用的杂波抑制方法。提出了两种杂波抑制方法:一种是根据步进频率探地雷达信号特点提出的基于极值点定位的方法,该方法专门针对步进频率探地雷达。另一种是从浅地层探地雷达图像的特点出发,提出的一种基于图像处理技术抑制探地雷达杂波的方法,该方法通用性强。 2.分析了浅地层探地雷达合成孔径成像与普通雷达合成孔径成像的不同。研究了探地雷达合成孔径成像时的一个重要参数——波速的估计问题,提出了一种基于Hough变换的波速估计方法。在各种探地雷达合成孔径成像方法中,重点研究了基于微波全息成像的合成孔径成像方法和基于Stolt偏移的合成孔径成像方法。对基于微波全息成像的合成孔径成像方法,提出了两种快速实现方法。一种是在所提的基于图像处理技术抑制杂波的方法基础上提出


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