發(fā)布時(shí)間：2020-06-21 06:50

【摘要】：探地雷達(dá)利用高頻電磁波在地下傳播及反射的現(xiàn)象對(duì)地下或物體內(nèi)部不可見的目標(biāo)或界面進(jìn)行定位,是一種應(yīng)用廣泛的非破壞性淺層探測(cè)技術(shù)。隨著生產(chǎn)生活以及科研工作對(duì)探地雷達(dá)的數(shù)據(jù)質(zhì)量和攜帶信息量的要求不斷提高,同時(shí),由于大量數(shù)據(jù)處理方法的引入,彌補(bǔ)了探地雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理的空白。極化雷達(dá)研究主要利用雷達(dá)回波表現(xiàn)目標(biāo)體特征,由于極化信息在對(duì)目標(biāo)信號(hào)的濾波和增強(qiáng)、抗有源和雜波干擾、目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別中具有一定優(yōu)勢(shì),所以極化雷達(dá)越來(lái)越受到廣泛關(guān)注。為高效完成不同極化模式下的數(shù)據(jù)采集,盡可能多的獲取探測(cè)目標(biāo)的反饋信息,探地雷達(dá)系統(tǒng)由最初的單對(duì)天線即單一極化模式天線逐步向多種極化模式天線組合的方向發(fā)展,以此滿足實(shí)際探測(cè)中獲取豐富目標(biāo)反饋信息的需要。然而若分次分步的布置不同極化模式天線組合,受天線重復(fù)定位精確度的影響,在不同程度上給探測(cè)工作引入巨大誤差。若能一次性完成多種極化模式天線組合的布置工作,將大大提高工作效率。極化目標(biāo)分解方法已經(jīng)在遙感研究領(lǐng)域中得到成熟的發(fā)展及應(yīng)用,通過(guò)探測(cè)得到的極化數(shù)據(jù)來(lái)分辨不同目標(biāo)體具有極高的準(zhǔn)確性。近年來(lái),一些探地雷達(dá)領(lǐng)域的研究學(xué)者將極化目標(biāo)分解方法引入探地雷達(dá)的研究工作中,對(duì)探地雷達(dá)勘探中的目標(biāo)體數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,也得到了良好效果,但對(duì)于實(shí)際工作中還需要更有效的方法以提升辨識(shí)效果。本文旨在實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),本著天線布局的時(shí)間同步性思想與設(shè)計(jì)原則,圍繞探地雷達(dá)領(lǐng)域中全極化數(shù)據(jù)采集和屬性分析兩個(gè)重要步驟展開,開展步進(jìn)頻率全極化探地雷達(dá)的構(gòu)建和極化分解技術(shù)的相關(guān)問(wèn)題研究。全文共分六章:第1章,分析頻域探地雷達(dá)和極化探地雷達(dá)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀,匯總極化分解技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,以此提出本文擬解決的問(wèn)題、研究?jī)?nèi)容和研究創(chuàng)新點(diǎn)。第2章,在詳細(xì)闡述天線理論的基礎(chǔ)上,應(yīng)用HFSS仿真軟件仿真并優(yōu)化四種探地雷達(dá)常用天線,通過(guò)分析不同天線的特性甄選適合于本研究的極化探地雷達(dá)天線單元并制作實(shí)物,完成天線性能測(cè)試。建立了兩種同時(shí)包含HH和VV共極化模式,HV和VH交叉極化模式的天線陣列,分別為多次覆蓋全極化天線陣列和全極化共中心點(diǎn)天線陣列。第3章,構(gòu)建步進(jìn)頻率全極化探地雷達(dá),通過(guò)開關(guān)控制轉(zhuǎn)換器和同軸開關(guān)將原矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上的雙通道各自擴(kuò)展為六個(gè)通道,實(shí)現(xiàn)多通道發(fā)射及多通道接收,多種極化模式一次性獲取的目的�；贚abview開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)開發(fā)出數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程操作,通道間轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)保存的自動(dòng)控制。第4章,全極化探地雷達(dá)數(shù)據(jù)分析理論,詳細(xì)介紹極化的表征方法和幾種基本散射機(jī)理,比較幾種常見的極化分解方法,對(duì)極化相干矩陣與極化協(xié)方差矩陣進(jìn)行進(jìn)一步研究,相較于傳統(tǒng)的單極化探地雷達(dá)理論,建立的全極化雷達(dá)波的地下探測(cè)原理能提取地下目標(biāo)的散射矩陣、特征矢量、極化相干矩陣和極化協(xié)方差矩陣。第5章,選取非相干目標(biāo)分解方法中基于散射模型的Freeman分解方法結(jié)合地震勘探中的偏移技術(shù),發(fā)展出一種適用于全極化探地雷達(dá)的極化分解技術(shù),可對(duì)地下目標(biāo)體進(jìn)行分類,并重建高質(zhì)量目標(biāo)圖像,以提取表層目標(biāo)體屬性。將該極化分解技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)采集到的全極化探地雷達(dá)數(shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)體進(jìn)行分類,重建增強(qiáng)效果的高質(zhì)量目標(biāo)圖像,并進(jìn)行數(shù)據(jù)解釋。第6章,研究結(jié)論及展望。本研究的主要貢獻(xiàn)如下:(1)利用HFSS仿真軟件仿真與優(yōu)化了四種探地雷達(dá)常用的天線單元,通過(guò)比較同頻段不同天線的特性,優(yōu)選并制作適合于本研究的極化探地雷達(dá)系統(tǒng)的Vivaldi天線作為天線單元,利用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試該天線性能。(2)設(shè)計(jì)并組建多次覆蓋全極化天線陣列和全極化共中心點(diǎn)天線陣列,前者通過(guò)疊加采集到的共中心點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)壓制噪音,有效提高系統(tǒng)測(cè)量信噪比,后者以數(shù)量較少的天線單元組建包含HH和VV的共極化模式,HV和VH的交叉極化模式天線陣列,可完成四種極化模式的共中心點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。(3)構(gòu)建步進(jìn)頻率全極化探地雷達(dá),通過(guò)開關(guān)控制轉(zhuǎn)換器和同軸開關(guān)將原矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上的雙通道各自擴(kuò)展為六個(gè)通道,實(shí)現(xiàn)多通道發(fā)射及多通道接收的目的�；贚abview開發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng),通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)用戶界面的操作,可以快速完成數(shù)據(jù)采集參數(shù)的設(shè)置和多個(gè)通道的數(shù)據(jù)采集并保存。以應(yīng)用實(shí)驗(yàn)為例驗(yàn)證該雷達(dá)硬件和軟件系統(tǒng)、兩種天線陣列系統(tǒng)的可靠性。(4)建立了全極化雷達(dá)波地下探測(cè)的數(shù)據(jù)分析理論,能提取地下目標(biāo)的散射矩陣、特征矢量、極化相干矩陣和極化協(xié)方差矩陣,更完善的包含了目標(biāo)的尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)等屬性信息。融合使用這些矩陣和矢量,可以對(duì)地下目標(biāo)進(jìn)行更精確的極化分析,進(jìn)而提高目標(biāo)的成像質(zhì)量,并進(jìn)行分類識(shí)別。(5)將基于散射模型的Freeman分解方法和地震勘探中的偏移技術(shù)結(jié)合,發(fā)展出一種可應(yīng)用于全極化探地雷達(dá)的極化分解方法,對(duì)全極化數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可實(shí)現(xiàn)對(duì)地下目標(biāo)體分類,并重建高質(zhì)量目標(biāo)圖像,以提取表層目標(biāo)體屬性。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P631.325
【圖文】：

圖 2. 1 E 面 H 面示意圖. 1 所示，在 E 面的 , 方向上可表示為：E , af , 和 φ 是三維極坐標(biāo)角度，a 為系數(shù)，f(θ, φ)為方向函數(shù)， , ,EFEm E 在(θ, φ)方向上的最大幅度值，P(θ, φ)為某方位歸一化的為： 2P , F ,

圖 2. 2 天線平面方向圖強(qiáng)度用輻射功率表示為： , ,indPUd ··················角， Pin為輻射功率。 2 220 0 0 0, , sininP U d F d d 入各向同性天線輻射功率作為參考，在相同饋電功率與各向同性天線輻射功率比值[123]，表示為 , ,4inUDP ··················· 2 2220 04 ,,, sinFDF d d ········

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 梁文婧;馮fE;劉財(cái);恩和得力海;張明賀;梁帥帥;;多輸入多輸出極化步進(jìn)頻率探地雷達(dá)硬件系統(tǒng)開發(fā)[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版);2018年02期

本文編號(hào)：2723699