探地雷达是近年来迅速发展的一种无损检测技术,是雷达技术的一个新的、日益发展的应用领域,广泛应用于岩土勘查、工程建筑结构勘查、生态环境探测及反恐等方面。本文涉及探地雷达的两个主要应用:线性调频连续波探地雷达和脉冲探地雷达,主要研究线性调频连续波探地雷达的地下介质参数反演算法及脉冲探地雷达地下介质层位追踪法,取得了以下成果:(1)分析了平面电磁波传播现象和回波传播特性,基于卷积法的正演模型原理,建立了线性调频连续波探地雷达正演模型,根据模型进一步模拟生成了典型的探地雷达反射波数据,为下一步研究反演算法奠定了基础。(2)研究了线性调频连续波探地雷达的地下介质参数反演算法,包括传统的电磁反演法:剥层反演法和高斯牛顿反演法,并分析了他们的局限性。为了更好的反演地下介质参数,本文提出了一种基于MUSIC谱估计的地下介质参数反演算法,该算法通过对LFMCW GPR回波信号的时延和幅度估计,计算出精确的介质参数并进一步得到正确的地下介质结构。仿真结果表明:该文提出的反演算法在反演精确度上远远优于传统的电磁反演算法。(3)研究了脉冲探地雷达地下介质层位追踪法。首先研究了基于隐Markov模型的层位追踪法,并分析了其局限性。为了弥补此方法在进行层位追踪时面临的不足,本文提出了一种基于隐Markov模型和Bresenham算法的层位追踪法,该方法通过对探地雷达回波时延的跟踪,初步实现层位边缘检测,在此前提下进一步实现边缘连接,最终完成层位追踪。对实测数据的处理结果表明:该文提出的层位追踪法在追踪精确度上远远优于单纯利用隐Markov模型的层位追踪法。
