【摘要】：探地雷達(dá)(Ground penetrating radar,簡(jiǎn)稱GPR)作為一種淺地表地球物理方法,具有無(wú)損、高分辨率、快速等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探、土木工程檢測(cè)和月球探測(cè)等領(lǐng)域。探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的處理對(duì)于后期的數(shù)據(jù)解譯具有關(guān)鍵性的作用,是分析確定地下結(jié)構(gòu)的幾何及電性參數(shù)的關(guān)鍵步驟。本文從探地雷達(dá)的逆時(shí)偏移成像方法和地下目標(biāo)的智能識(shí)別兩個(gè)方面展開了相關(guān)研究。逆時(shí)偏移成像可高精度地重構(gòu)地下結(jié)構(gòu)和目標(biāo)的幾何形態(tài),而且二維逆時(shí)偏移成像在計(jì)算成本上有較大的優(yōu)勢(shì)。但在實(shí)際應(yīng)用中,數(shù)據(jù)測(cè)量是在三維空間中進(jìn)行。因此,本文提出了在頻域中使用三維到二維的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器來(lái)預(yù)處理雷達(dá)反射信號(hào),再進(jìn)行二維逆時(shí)偏移成像。首先,數(shù)值模型評(píng)估了此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的精度,接著,埋藏的管道仿真模型的成像結(jié)果說明了此轉(zhuǎn)換器的必要性。嫦娥五號(hào)探測(cè)器搭載的月壤結(jié)構(gòu)電磁探測(cè)儀的室內(nèi)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)成像結(jié)果再次驗(yàn)證了此轉(zhuǎn)換器的有效性以及逆時(shí)偏移算法的高分辨率的特點(diǎn)。本文接著開展了基于時(shí)域有限差分的逆時(shí)偏移成像與分層介質(zhì)格林函數(shù)的逆時(shí)偏移成像的對(duì)比研究,分析了有著同等精度的頻域逆時(shí)偏移成像在計(jì)算成本的優(yōu)勢(shì),說明分層介質(zhì)格林函數(shù)的逆時(shí)偏移算法可對(duì)層狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速成像�；趫D像處理的智能識(shí)別對(duì)探地雷達(dá)圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)再結(jié)合參數(shù)擬合可推算出地下目標(biāo)體的真實(shí)位置等幾何以及電性參數(shù)。其相比于偏移算法在效率上具有巨大優(yōu)勢(shì),它可實(shí)現(xiàn)對(duì)探地雷達(dá)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)解譯。本文采用了基于深度學(xué)習(xí)Single Shot Multibox Detector(SSD)算法對(duì)探地雷達(dá)圖像的雙曲線特征進(jìn)行智能識(shí)別。與已有的應(yīng)用于探地雷達(dá)的滑動(dòng)窗口特征提取結(jié)合分類器或者候選區(qū)域建議結(jié)合卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)檢測(cè)算法相比,該方法可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高精度檢測(cè)。本文采用樣本集HDXMU對(duì)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練與測(cè)試。此外,本文采用了遷移學(xué)習(xí)方法以提高檢測(cè)精度并加速收斂,數(shù)據(jù)增廣策略也被用來(lái)提高此網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。檢測(cè)結(jié)果表明,此方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)探地雷達(dá)圖像中的雙曲線特征目標(biāo)的實(shí)時(shí)檢測(cè),能很好地及時(shí)解譯探地雷達(dá)數(shù)據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P631.3
【圖文】：

Ｖ２互－`e邋ｇ：０邐（２－１）逡逑式中５為電場(chǎng)強(qiáng)度，＂為磁導(dǎo)率，ｅ為介電常數(shù)。逆時(shí)偏移的基本原理如圖２－１所逡逑示，對(duì)探測(cè)儀所采集的單發(fā)１１收雷達(dá)數(shù)據(jù)，它將最后采樣時(shí)刻的波場(chǎng)（Ｘ，＾邋７）逡逑作為起始值并按時(shí)間反推。以接收天線在地表界面所采集的數(shù)據(jù)ｈ（ｘ，ｚ＝０，0作為逡逑步進(jìn)時(shí)間的邊界條件，得出時(shí)間／邋＝０的波場(chǎng)（Ｘ幻，再應(yīng)用成像條件即為單發(fā)ＩＩ逡逑收數(shù)據(jù)的偏移結(jié)果《（ｘ，邋ｚ，邋／＝（；）。遍歷１２個(gè)發(fā)射天線，將各個(gè)發(fā)射天線的成像結(jié)逡逑果進(jìn)行疊加，得到最終的成像剖面。逡逑￣￣ＴｘＲｘＲｘ￣￣Ｒｘ邐Ｔｘ￣￣Ｒｘ￣Ｒｘ￣Ｒｘ＂＂逡逑Ｘ邋Ｘ邋Ｘ邋Ｘ邐Ｘ邋Ｘ邋Ｘ邋Ｘ逡逑■逡逑１邋ｖｊＮ邋ｒ逡逑（ａ）發(fā)射天線輻射波場(chǎng)正演邐（ｂ）接收天線接收波場(chǎng)逆時(shí)正演逡逑圖２－１逆時(shí)偏移基本原理示意圖逡逑５逡逑

圖２－３橫電磁波場(chǎng)中／／ｘ，／／ｚ和辦的空間位置逡逑．－

圖２－４均勻全空間中二維、三維接收信號(hào)以及三維信號(hào)轉(zhuǎn)換后的比較，信號(hào)由距離源ｉ．５逡逑米的點(diǎn)源記錄。（ａ）原始數(shù)據(jù)；（ｂ）歸一化后的數(shù)據(jù)逡逑為丫更好地觀察相位差，圖２－４（ｂ）中畫出了將數(shù)據(jù)歸一化后的結(jié)果。從中可逡逑以看到，三維和二維波形之間存在明顯的相位差，采用公式（２－９）計(jì)算得到兩者的逡逑互相關(guān)系數(shù)為０．７７６。將三維接收信號(hào)通過本節(jié)提出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，我們逡逑很難辨別轉(zhuǎn)換的三維和二維數(shù)據(jù)之間的差異，而且兩者的互相關(guān)系數(shù)達(dá)到了逡逑０．９９８。由此可知此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器校正了將三維數(shù)據(jù)直接用作二維數(shù)據(jù)引起的相位逡逑、口長(zhǎng)逡逑妖差。逡逑第二個(gè)數(shù)值實(shí)驗(yàn)是建立二維分層模型。如圖２－５（ａ）所示：發(fā)射天線與接收天逡逑線放置在離地表面０．１ｍ出的位置，且相隔１．５ｍ；第一層地下介質(zhì)的厚度是０．３ｍ，逡逑其介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率分別等于３和０．１邋ｍＳ／ｍ；第二層地下介質(zhì)的厚度逡逑是０．２ｍ，其介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率分別等于６和０．１邋ｍＳ／ｍ。圖２－５（ｂ）顯示逡逑歸一化后的記錄的仿真數(shù)據(jù)。從圖中可以很容易地識(shí)別直達(dá)波、表面反射波和來(lái)逡逑自地下界面的反射信號(hào)，它們分別達(dá)到時(shí)間分別是５ｎｓ、８ｎｓ和１１ｎｓ。同樣，可逡逑以觀察到仿真的三維和二維數(shù)據(jù)之間存在明顯的相位差。由于在逆時(shí)偏移成像算逡逑法中，強(qiáng)烈的直達(dá)波被認(rèn)為是偏移中的噪聲，因此本文僅使用弱反射信號(hào)來(lái)評(píng)估逡逑此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的質(zhì)量。經(jīng)公式計(jì)算出

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2777825