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探地雷达阵列成像算法研究本科设计.doc

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探地雷达阵列成像算法研究本科设计.doc

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探地雷达阵列成像算法研究本科设计.doc

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题目:探地雷达阵列成像算法研究
本科生毕业论文(设计)原创性声明
本人以信誉声明:所呈交的毕业论文(设计)是在导师指引下进行的研究工作及获得的研究成果,论文中引用她人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出,论文中的结论和成果为本人独立完毕,不涉及她人成果及为获得中国地质大学或其她教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何奉献均已在论文中作了明确的阐明并表达了谢意。
作者签名:年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全理解学校有关保障、使用学位论文的规定,批准学校保存并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版,容许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评比机构将本学位论文的所有或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本学位论文属于
保密□,在_________年解密后合用本授权书。
不保密□。
(请在以上相应方框内打“√”)
作者签名:年月日
导师签名:年月日
摘要
有大量的记载探地雷达的有关书籍和论文,我们可以对探地雷达的发展概况有一种大体的理解,不难看出探地雷达将来的发展方向。
多输入多输出(Multiple-InputandMultiple-Output,MIMO)雷达是在数字阵列雷达、
多基雷达以及现代通信技术基本上发展起来的一种新体制雷达,具有明显的技术优势和巨大的发展潜力,逐渐成为下一代雷达的重要发展方向之一。
由于采用了波形分集技术,与老式相控阵雷达相比,MIMO雷达具有多项长处,如突破阵元间距半波长限制、提高角度辨别率、提高系统自由度等。MIMO雷达借鉴已经成熟的阵列信号解决技术,为雷达信号解决提供了新思路。然而,MIMO雷达在提高信号解决灵活性的同步,也由于其新体制特性及构造特点,带来了新的问题,如多通道积累检测问题,波形设计和阵列构造优化问题以及系统自由度过高导致的自适应算法性能下降等问题。
雷达到像方面有诸多有关的软件,例如GprMax,一款基于FDTD(时域有限差分)的探地雷达仿真软件,其生成文献涉及几何图和数据剖面图,这些生成文献是由MATLAB读取的。
GprMax用于雷达正演,操作简朴,而反演(即数据解决)则比较复杂。
雷达到像最核心的部分就是成像的算法,通过对算法的不断研究和改善,提出了诸多算法,有些算法可以互相结合,从而改善成像效果,而其中比较具有代表性的就是数字波束形成(DBF)技术以及反向投影(BP)成像算法。基于不同的理论基本,这些算法又衍生出诸多不同的算法,诸如RD-BP算法、TCC-BP算法等,针对不同的算法,借助MATLAB对算法进行仿真,并得到仿真图像。
核心词:多输入多输出雷达;数字波束形成;反向投影算法
Abstract
TherearealargenumberofrecordsofbooksandpapersrelatedGroundPenetratingRadar(GPR).WecanhaveageneralunderstandingofthedevelopmentofGPR,itisnotdifficulttoseethedevelopmentdirectionoftheGPRinthefuture.
Multiple-inputandmultiple-output(MIMO)radarisanewmodeofradarsystemdevelopedonthebasisofdigitalarrayradar,,MIMOradarwillbecomeoneofthemajordirectionsoftheradarsystemdevelopmentinfuture.
Byusingwaveformdiversitytechnique,MIMOradarpossessessignificantpotentialssuperiortotraditionalphasedarrayradar,includingthebreakthroughofhalf-wavelengthlimit,higherdegreeoffreedom,resolutionenhancement,,,thenovelarchitectureandcharactersofMIMOradaralsoposesusnewproblems,includingthecumulativedetectionamongmultiplechannels,thestrongdemandsforwaveformandarraystructureoptimization,andanoticeableperformancedeclineofadaptivealgorithmsfortheexcessivedegreeoffreedom,etc.
Therearealotofsoftwarerelatedtoradarimaging,suchasGprMax,aGroundPenetratingRadar(GPR)simulationsoftwarebasedonFDTD(finitedifferencetimedomain).ThegeneratedfilesincludinggeometricfigureanddatasectionarereadbytheMATLAB.
TheoperationofGprMaxissimple,buttheinversion(dataprocessing)ismorecomplex.
,soastoimprovetheimagingeffect,ofwhichthedigitalbeamforming(DBF)technologyandthebackprojection(BP),thealgorithmderivesalotofdifferentalgorithms,suchasRD-BPalgorithm,theTCC-BPalgorithm,,wecangetthesimulationimageswiththehelpofMATLAB.
Keywords:MIMOradar,digitalbeamforming,backprojection
目录
第一章绪论 1
§ 1
1
2
§ 2
第二章阵列成像算法概述 6
§ 6
6
§ 7
7
9
10
§ 10
第三章探地雷达的正演 12
§ 12
§ 12
12
13
§ 14
§ 14
第四章数据解决 15
§ 15
§ 15
15
17
§ 18
18
18
20
23
第五章总结与展望 24
道谢 25
参照文献 26
第一章绪论
§

探地雷达(GPR)测试技术运用高频电磁脉冲波的反射来探测地下目的体的分布形态和特性。19,德国人Leimbach和Lwy阐明了探地雷达的基本概念。1926年,Hulsenbeck初次成功运用电磁脉冲技术来研究地下岩性构造,此后的40年探地雷达技术改善很大,但是它只限于研究介质相对均匀并且对电磁波吸取很弱的那些地质环境,这是由于地下介质的衰减特性比空气强得多,且地下介质中波的传播比空气中波的传播要复杂得多。1963年,Evans用探地雷达测量出了极地冰层的厚度。1974年,Procello用探地雷达研究月球的表面构造,Unbterberger探测了冰山和冰川的厚度,Annan等许多学者进行了大量的理论及实验研究工作,奠定了这一技术的发展基本。70年代后来,电子技术的迅速发展和现代解决技术的应用使得许多商业化的探地雷达系统先后问世,具有代表性的有GSSI(美国地球物理探测设备公司)的SIR系统、SSI(加拿大探头及软件公司)的pulseEKKO系列、SGAB(瑞典地质公司)的RAMAC钻孔地质雷达系统以及OYO(日本应用地质株式会社)的GEORADAR系列,同步还不断扩大了探地雷达的应用范畴,已经覆盖了矿产资源勘查,考古,工程质量无损检测,岩土工程测试,环境工程等诸多领域。
探地雷达与其她地球物理措施相比具有诸多优势:(1)辨别率高,工作频率高达5000MHZ辨别率可达到数厘米;(2)无损性;(3)效率高,设备轻便且操作简朴,实现了从数据采集到图像解决一体化,能实时输浮现场剖面记录图;(4)抗干扰能力很强,能在多种噪声环境下工作。