[發明專利]基于探地雷達的地下異常體界面識別方法、設備及存儲介質

在審

• 申請號: 202210994526.0
• 申請日: 2022-08-18
• 公開（公告）號: CN115166730A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 張鋒;梁智超;王站;劉天賜;王冠夫;趙振國;馮德成
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S7/41;G06K9/00;G06N3/04
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 閔媛媛

1.一種基于探地雷達的地下異常體界面識別方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

S1：將探地雷達現場探測的數據從軟件導出進行預處理；

S2：對預處理后的雷達數據進行補充集合經驗模態分解，對每個本征模態函數的第一階分量進行希爾伯特變換得到信號的解析形式，進而得到雷達信號的瞬時頻率，將每一道電磁回波信號的瞬時頻率進行合并形成二維雷達數據；

S3：基于二維雷達數據繪制二維雷達信號本征模態函數的第一階分量瞬時頻率圖，根據圖中波峰位置判斷地下異常體的上下界面位置。

2.根據權利要求1所述一種基于探地雷達的地下異常體界面識別方法，其特征在于，所述步驟S1具體為：

S1.1：將探測獲得的雷達信號的數據格式轉換為CSV格式；

S1.2：將雷達數據進行預處理，根據每一道電磁回波信號數量，取一道電磁回波信號中多個數據的平均值。

3.根據權利要求1所述一種基于探地雷達的地下異常體界面識別方法，其特征在于，所述步驟S2具體為：

S2.1：將每一道電磁回波信號加入多對正、負高斯白噪聲，再對電磁回波信號進行分解得到多個本征模態函數；

S2.2：對每個本征模態函數的第一階分量進行希爾伯特變換得到正則化頻率，把信號從時間域轉換到頻率域；希爾伯特變換公式為：

為Hilbert變換后的信號，H{c_i(τ)}表示對{}內的內容c_i(τ)進行Hilbert變換，c_i(τ)表示自變量為τ的連續時間信號，c_i(t)表示經過經驗模態分解后自變量為t的連續時間信號，即第i個本征模態函數；信號的Hilbert變換可以看成信號與1/πt的卷積，t表示時間；

S2.3：將正則化頻率乘以采樣頻率，轉化為真實瞬時頻率；

S2.4：將真實瞬時頻率合并到一起形成二維雷達數據并且轉換為CSV文件。

4.根據權利要求3所述一種基于探地雷達的地下異常體界面識別方法，其特征在于，所述步驟S2.1中，對電磁回波信號進行分解得到多個本征模態函數的分解方法為本征模態函數分量的求取迭代方法，具體為：

S2.11：找出時間序列x(t)的各個局部極大值，然后用三階樣條函數進行插值，得到時間序列x(t)的上包絡線序列值；同理，得到時間序列下包絡線序列值；時間序列x(t)表示雷達電磁波向地下探測時，時間和電磁波振幅的關系；

S2.12：對時間序列的上包絡與下包絡值之和取平均，得到時間序列包絡線的瞬時平均值序列m(t)；

S2.13：從時間序列x(t)中減去瞬時平均值序列m(t)，得到數據序列h(t)；

S2.14：若第一數據序列h(t)符合本征模態函數的定義，則第一個本征模態函數c₁(t)定義為c₁(t)＝h(t)，若不是，則把h(t)當作步驟S2.11中的時間序列x(t)，重復步驟S2.11～S2.13，直至滿足本征模函數的定義為止；

S2.15：用時間序列x(t)減去c₁(t)，得到剩余序列r₁(t)，然后把剩余序列r₁(t)作為步驟S2.11中的時間序列x(t)，重復步驟S2.11～S2.14，依次提取第2、第3…，直至第n個本征模態函數。

5.根據權利要求4所述一種基于探地雷達的地下異常體界面識別方法，其特征在于，所述其中，所述本征模態函數滿足以下兩個條件：

信號中的極值點的數目與過零點的數目相等或者至多相差一個；

信號的極大值點構成的上包絡與極小值點構成的下包絡關于時間軸對稱。