[發(fā)明專利]一種用于提高地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)分辨率的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810868475.0
• 申請(qǐng)日: 2018-08-01
• 公開（公告）號(hào): CN109283524B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳文超;王曉凱;師振盛;周艷輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/88
• 分類號(hào): G01S13/88;G01S7/41
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本公開揭示了一種用于提高地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)分辨率的信號(hào)處理方法，所述方法在連續(xù)小波變換域內(nèi)自適應(yīng)的拓展地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)的頻率，以得到高分辨率的拓頻信號(hào)。首先采用基于地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)的頻譜分析，確定各拓頻頻段和相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，然后對(duì)地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)小波變換，得到相應(yīng)的時(shí)間?尺度(頻率)分布，根據(jù)頻率和小波尺度的換算關(guān)系，對(duì)相應(yīng)尺度范圍內(nèi)的小波變換系數(shù)進(jìn)行加權(quán)，最后基于加權(quán)的連續(xù)小波變換，重構(gòu)對(duì)應(yīng)的拓頻信號(hào)，達(dá)到提高地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)分辨率的目的。所述方法能夠?yàn)樗淼酪r砌和鐵路路基檢測提供高分辨率地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)，從而增加后續(xù)檢測的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地質(zhì)雷達(dá)領(lǐng)域，特別涉及一種用于提高地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)分辨率的高分辨處理方法。

背景技術(shù)

利用地質(zhì)雷達(dá)(Ground-penetrating Radar，GPR)進(jìn)行探測時(shí)，發(fā)射天線發(fā)射電磁波在介質(zhì)中傳播，經(jīng)過存在電性差異的介質(zhì)體或者界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射信號(hào)，該反射信號(hào)被設(shè)置于檢測表層的接收天線接收。通過分析該接收信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)內(nèi)部分布規(guī)律的分析。地質(zhì)雷達(dá)探測具有超淺層勘探的獨(dú)特優(yōu)勢，是一種快速的高分辨率無損檢測方法，在隧道以及鐵路路基檢測中具有廣泛的應(yīng)用。但是，受到介質(zhì)耗散等因素的影響，電磁波在傳播過程中會(huì)出現(xiàn)頻率降低，幅度衰減等問題，使得接收信號(hào)的分辨率降低，從而影響后續(xù)的異常檢測。目前用于提高地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)分辨率的方法主要有

現(xiàn)有技術(shù)1：譜白化類方法

(1)計(jì)算每個(gè)A-scan的一維傅里葉變換，得到信號(hào)的振幅譜和相位譜；

(2)在信號(hào)的有效頻寬范圍內(nèi)，設(shè)定若干個(gè)帶通濾波器，將幅度譜分為若干個(gè)子帶；

(3)計(jì)算每個(gè)子帶內(nèi)的信號(hào)振幅譜加權(quán)系數(shù)，將每個(gè)子帶內(nèi)的信號(hào)譜乘以對(duì)應(yīng)的子帶加權(quán)系數(shù)，得到拓頻后的頻譜；

(4)基于拓頻后的頻譜，計(jì)算其一維傅里葉反變換，得到拓頻后的A-scan信號(hào)；

該類方法還可以在時(shí)間域進(jìn)行能量均衡。

現(xiàn)有技術(shù)1的缺點(diǎn)：

1)該類方法在提高地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)分辨率的同時(shí)，也放大了信號(hào)中的隨機(jī)噪聲；

2)人為設(shè)定各拓頻子帶寬度，沒有統(tǒng)一的設(shè)置規(guī)則，易造成不同設(shè)置參數(shù)的拓頻效果差異較大；

現(xiàn)有技術(shù)2：反褶積方法

(1)提取地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)子波表達(dá)式；

對(duì)每一個(gè)反射時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行如下操作：

(2)基于子波表達(dá)式，構(gòu)造自相關(guān)矩陣；

(3)對(duì)自相關(guān)矩陣進(jìn)行奇異值分解，并計(jì)算加權(quán)系數(shù)向量；

(4)計(jì)算加權(quán)系數(shù)向量與觀測時(shí)間序列的內(nèi)積得到該時(shí)間點(diǎn)的反射強(qiáng)度；

上述為時(shí)間域反褶積處理流程，還可以根據(jù)卷積定理，將時(shí)間域反褶積流程推廣到頻率域進(jìn)行反褶積處理。

現(xiàn)有技術(shù)2的缺點(diǎn)：

1)地質(zhì)雷達(dá)子波信號(hào)難以準(zhǔn)確提取，因此影響后續(xù)的反射強(qiáng)度計(jì)算；

2)通常地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)中含有較強(qiáng)的隨機(jī)噪聲，這也使得反褶積效果受到影響。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本公開揭示了一種用于提高地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)分辨率的信號(hào)處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S100、對(duì)多道A-scan信號(hào)進(jìn)行一維傅里葉變換，并在A-scan信號(hào)的有效頻帶寬度內(nèi)確定A-scan信號(hào)的基礎(chǔ)頻段和各拓頻頻段；

S200、計(jì)算A-scan信號(hào)各拓頻頻段的加權(quán)系數(shù)；