【摘要】：隨著城市建設(shè)的加速,公路、鐵路及隧道交通急速發(fā)展。在大量的施工及環(huán)境影響下,地下空洞或隧道空洞等病害問題日益突出,從而產(chǎn)生交通安全隱患。探地雷達(dá)(Ground Penetrating Radar,GPR)是一種較為有效的地下或墻體空洞無損檢測設(shè)備。但利用探地雷達(dá)對道路和隧道襯砌空洞病害進(jìn)行檢測時,接收數(shù)據(jù)中的空洞目標(biāo)信號往往會受到隨機(jī)噪聲和相干噪聲的干擾,而其中直達(dá)波是相干噪聲的主要成分。由于常規(guī)的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)預(yù)處理方法不能有效滿足高精度空洞檢測,針對雷達(dá)空洞數(shù)據(jù)中信噪比低、目標(biāo)信號被直達(dá)波干擾的問題,本文開展以下工作:(1)研究探地雷達(dá)空洞信號隨機(jī)噪聲和直達(dá)波的抑制方法。由于Shearlet變換方法在地震信號上去噪表現(xiàn)出的優(yōu)越性,而地震回波和探地雷達(dá)回波具有一定的相似性,本文擬采用基于閾值函數(shù)濾波的Shearlet變換方法處理探地雷達(dá)空洞數(shù)據(jù),但傳統(tǒng)的Shearlet變換方法常使用固定閾值函數(shù)濾波,會導(dǎo)致有效信號以及能量丟失。本文從Shearlet變換的性質(zhì)出發(fā),對探地雷達(dá)信號進(jìn)行多尺度多方向分解,根據(jù)有效信號和噪聲在Shearlet域的分布差異構(gòu)建自適應(yīng)閾值函數(shù),改進(jìn)傳統(tǒng)硬閾值函數(shù)不連續(xù)的缺點(diǎn),并以此函數(shù)來調(diào)整Shearlet系數(shù)以達(dá)到自適應(yīng)濾波效果。對于直達(dá)波信號,在Shearlet域中可基于直達(dá)波和有效信號系數(shù)的分布差異,分離出直達(dá)波的Shearlet系數(shù)來實(shí)現(xiàn)抑制直達(dá)波。(2)基于時域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)正演模擬了幾種理想道路和隧道襯砌空洞的探地雷達(dá)回波信號,使用(1)中構(gòu)建的Shearlet自適應(yīng)閾值函數(shù)分別對理想化正演模擬的空洞數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)采集的空洞數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲和直達(dá)波抑制,處理后的A-scan和B-scan數(shù)據(jù)顯示隨機(jī)噪聲和直達(dá)波分量得到有效抑制。其中對正演模擬的道路和隧道襯砌空洞數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪時,分別與中值濾波、小波變換和曲波(Curvelet)變換去噪方法對比,結(jié)果顯示自適應(yīng)閾值Shearlet變換方法處理后可以將道路和隧道襯砌空洞數(shù)據(jù)信噪比大致提高13dB和12dB。最后同均值法與主成分分析法(Principal Component Analysis,PCA)對正演模擬的空洞數(shù)據(jù)及雷達(dá)實(shí)測數(shù)據(jù)抑制直達(dá)波效果進(jìn)行對比,結(jié)果顯示Shearlet變換方法在提高信雜比和空洞目標(biāo)圖像清晰度上相對最優(yōu)。從而驗(yàn)證了自適應(yīng)閾值Shearlet變換方法應(yīng)用在探地雷達(dá)空洞數(shù)據(jù)預(yù)處理中的有效性。
【圖文】：

圖 2.6 探地雷達(dá) B-scan 回波信號模型圖特征線方向移動時，發(fā)射天線和接收天線處于共置狀發(fā)射理想窄脈沖，如果遇到地下介質(zhì)中橫截面比中，目標(biāo)回波信號呈現(xiàn)出雙曲線的形狀或者是類離的變化以及雷達(dá)的運(yùn)動有關(guān)[39]，根據(jù)它們之間2 20 02 R2 x x )ztv v += =（002ztv= 采樣道數(shù)20 40 60 80 100

圖 4.3 道路結(jié)構(gòu)模型圖 圖 4.4 道路結(jié)構(gòu)仿真雷達(dá)回波圖4.2.2 不同埋深的充氣空洞正演模擬在探測環(huán)境相同情況下，仿真了埋藏深度不同，，大小相同，空洞中介質(zhì)都為空氣的地下圓形空洞，圓心位置分別在地下 0.85 米處，0.90 米以及 0.95 米處，圖 4.5 是仿真的不同埋深的圓形空洞模型圖及其相應(yīng)的正演模擬 B-scan 圖像。水平位置(m)0.5 1 1.5 2 2.5采樣道數(shù)20 40 60 80 100度(m)深0.20.40.60.811.21.4間(ns)時0246810
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN957.51;TN713

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本文編號：2634665