一种钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法技术

本发明专利技术公开了一种钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法。该方法首先利用Fhyp‑curvelet变换将雷达接收信号投影到多个尺度空间，所有尺度空间中各目标回波的能量彼此分离且各自聚集，然后在多尺度空间中滤除钢筋分量后反变换到空时域，得到只含有灾害目标回波的数据，再次将重构后的数据变换到波数域，在该域下考虑了多层地下介质中电磁波波速变化的特点，最后再反变换到空时域进行灾害目标成像。本发明专利技术方法均采用快速处理算法，有效降低了运算复杂度，且适用于多层地下介质中钢筋回波干扰下的灾害目标成像。

An imaging method for disaster target under steel echo interference

The invention discloses a method for imaging a disaster target under the echo of steel bar. Firstly, the radar received signal is projected to multiple scale spaces by Fhyp curve let transform. The energy of each target echo in all scale spaces is separated and aggregated separately. Then, after removing the steel bar component in the multi-scale space, the method is inversely transformed into space-time domain to obtain the data containing only the disaster target echo, and then the data containing only the disaster target echo are re-transformed. The reconstructed data are transformed into wavenumber domain, in which the characteristics of electromagnetic wave velocity variation in multi-layered underground media are taken into account. Finally, the reconstructed data are inversely transformed into space-time domain for disaster target imaging. The method of the invention adopts fast processing algorithm, effectively reduces the computational complexity, and is suitable for disaster target imaging under the interference of steel echo in multi-layer underground media.

【技术实现步骤摘要】
一种钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法
本专利技术属于探地雷达信号处理
，特别是涉及一种钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法。
技术介绍
探地雷达(GroundPenetratingRadar,GPR)是一种通过利用地下介质的不连续性来探测地下目标的有效工具，其是由置于地表或地上的发射天线向地下发射一超宽带的电磁波，电磁波在地下传播过程中遇到不同电性介质界面时会发生反射和折射，反射回来的电磁波由接收天线接收。根据接收的雷达回波波形、振幅和双程时延等参数便可以推断出地下目标体的空间位置、结构、电磁特性及几何形态，从而达到探测地下结构的目的。由于探地雷达具有探测速度快、探测过程连续、操作方便灵活、分辨率高、不损坏被探测目标等特点，因此使其在国防、公路、铁路、机场建设、探矿、考古等方面得到了广泛应用。在不影响道路正常运行并且不破坏道面原有结构的基础上，采用高科技的无损检测技术是必然趋势。开展道面无损检测技术研究，将在控制道面施工质量、深入认识道面长期使用性能、改善道面设计、优化道面改建和扩建方案及提高道面养护水平等方面具有重要的意义。用探地雷达进行道面检测操作简单,结果直观精确，且能适应规模大、无破损、速度快、精度高的工程质量检测要求。在道面中加入钢筋，可以提高道面的耐久性，降低维护费用，与无筋混凝土道面相比具有较好的经济性；由于钢筋的存在，减少了裂缝的数量，并使裂缝不能张开，从而可以增大板的长度和相应地减少接缝的数量，改善了道面的使用品质。道面初期常见的隐形灾害主要有脱空和裂缝。钢筋的强反射回波会严重影响甚至淹没脱空和裂缝的反射回波，并且钢筋与道面下各层介面的多次反射回波也会严重影响灾害目标的检测，所以有效地抑制钢筋的强反射回波是十分关键的。探地雷达成像是最直接和最有效的探地雷达目标检测与识别技术，它可以更直观地向非技术人员显示地下目标的相关信息。常用的成像算法是通过对散射场数据进行聚焦成像，其可以得到地下目标的位置及形状信息。钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法既要考虑如何对钢筋回波进行抑制，保留有效的灾害目标回波，又要考虑地下多层介质的特点，研究适用范围广的钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种直观、处理步骤简单且处理速度快及运算量小的钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法。为了达到上述目的，本专利技术提供的钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法包括按顺序进行的下列步骤：(1)对探地雷达接收的回波信号进行预处理，提取出有效的钢筋及灾害目标反射回波信号；(2)将上述预处理后的回波信号进行Fhyp-curvelet分解，使探地雷达接收的回波信号投影到多个尺度空间，得到每个尺度下的回波信号；(3)将步骤(2)得到的回波信号中的钢筋回波信号分量进行滤除；(4)将步骤(3)得到的滤除钢筋回波信号分量的回波信号进行Fhyp-curvelet重构，由此将该回波信号变换到时空域，获得时空域回波信号；(5)将步骤(4)得到的时空域回波信号进行频域—波数域的二维快速傅里叶变换而得到频域—波数域的数据；(6)在步骤(5)得到的频域—波数域的数据基础上，考虑多层介质波速变化，得到波数域下探地雷达的回波信号；(7)将步骤(6)得到的波数域下的回波信号在波数域下进行二维快速逆傅里叶变换，最终得到探地雷达成像结果。在步骤(1)中，所述的对探地雷达接收的回波信号进行预处理，提取出有效的钢筋及灾害目标反射回波信号的方法是：利用非一致性检测选取不含有目标的背景回波，将探地雷达接收的回波信号减去背景回波，即可提取出效的钢筋及灾害目标反射回波信号。在步骤(2)中，所述的将上述预处理后的回波信号进行Fhyp-curvelet分解，使探地雷达接收的回波信号投影到多个尺度空间，得到每个尺度下的回波信号的方法是：综合考虑探地雷达发射信号波形及衰减特性和时空特征后，建立Fhyp-curvelet分解的小波函数，利用二维快速傅里叶变换进行双曲线积分，将沿双曲线分布的能量在多个尺度空间下聚集成点。在步骤(3)中，所述的将步骤(2)得到的回波信号中的钢筋回波信号分量进行滤除的方法是：根据钢筋与灾害目标的密度不同且与道面地下媒质的密度也有差异的特点，在多个尺度空间下将钢筋回波分量滤除，保留灾害目标回波分量。在步骤(4)中，将步骤(3)得到的滤除钢筋回波信号分量的回波信号进行Fhyp-curvelet重构，由此将该回波信号变换到时空域，获得时空域回波信号的方法是：基于框架理论，利用二维快速逆傅里叶变换将Fhyp-curvelet分解后的某一尺度下的信号转换到时空域，最后将多个尺度下的重构信号进行叠加。在步骤(5)中，所述的将步骤(4)得到的时空域回波信号进行频域—波数域的二维快速傅里叶变换而得到频域—波数域的数据的方法是：将信号进行频域—波数域的二维快速傅里叶变换的方法是：将步骤(4)得到的时空域信号做水平位置和时间的二维快速傅里叶变换，得到水平波数域—频域—深度所表示的信号形式。在步骤(6)中，所述的在步骤(5)得到的频域—波数域的数据基础上，考虑多层介质波速变化，得到波数域下探地雷达的回波信号的方法是：考虑多层介质波速变化的特点，建立深度波数域、水平波数域、频域及变化的波速之间的关系，将信号变换为考虑了波速变化的波数域下的雷达信号。在步骤(7)中，所述的将步骤(6)得到的波数域下的回波信号进行波数域下的二维快速逆傅里叶变换，最终得到探地雷达成像结果的方法是：将步骤(6)得到的波数域下的雷达信号进行二维快速逆傅里叶变换，最终得到雷达成像结果。本专利技术提供的钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法能在灾害目标回波信号被钢筋强反射多次回波信号淹没的情况下，有效抑制钢筋回波对灾害目标的影响，且考虑电磁波在多层介质下传播波速变化的特点，整个方法利用快速傅里叶变换进行不同域下的信号变换，处理速度快，计算量小。附图说明图1为本专利技术提供的钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法流程图。图2为本专利技术中探地雷达实际接收到的二维B-Scan回波信号图。图3为本专利技术中利用非一致性检测滤除背景后的目标反射回波信号图。图4(a)—(d)为本专利技术中Fhyp-curvelet分解在四个尺度空间中的投影结果。图5(a)—(d)为本专利技术中四个尺度空间下钢筋滤波后的结果。图6为本专利技术中Fhyp-curvelet重构后的空时域灾害目标回波信号。图7为本专利技术中的灾害目标成像结果。图8为未进行钢筋抑制的成像结果。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，下面参照附图和具体实施例对本专利技术提供的钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法进行详细说明。如图1所示，本专利技术提供的钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法包括按顺序进行的下列步骤：(1)对探地雷达接收的回波信号进行预处理，提取出有效的钢筋及灾害目标反射回波信号；根据不同的需要，探地雷达系统可采用不同的扫描方式采集数据，主要有三种不同的扫描方式，分别称之为A-scan、B-scan、C-scan，扫描得到的分别是一维的A-scan回波信号、二维的B-Scan回波信号、三维的C-scan回波信号。本专利技术主要对B-scan回波信号进行处理。首先去除探地雷达接收的B-Scan回波信号中收发天线间的直接耦合波：将雷达天线对准开阔无物体的空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法，其特征在于：所述的钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法包括按顺序进行的下列步骤：(1)对探地雷达接收的回波信号进行预处理，提取出有效的钢筋及灾害目标反射回波信号；(2)将上述预处理后的回波信号进行Fhyp‑curvelet分解，使探地雷达接收的回波信号投影到多个尺度空间，得到每个尺度下的回波信号；(3)将步骤(2)得到的回波信号中的钢筋回波信号分量进行滤除；(4)将步骤(3)得到的滤除钢筋回波信号分量的回波信号进行Fhyp‑curvelet重构，由此将该回波信号变换到时空域，获得时空域回波信号；(5)将步骤(4)得到的时空域回波信号进行频域—波数域的二维快速傅里叶变换而得到频域—波数域的数据；(6)在步骤(5)得到的频域—波数域的数据基础上，考虑多层介质波速变化，得到波数域下探地雷达的回波信号；(7)将步骤(6)得到的波数域下的回波信号在波数域下进行二维快速逆傅里叶变换，最终得到探地雷达成像结果。

【技术特征摘要】
1.一种钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法，其特征在于：所述的钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法包括按顺序进行的下列步骤：(1)对探地雷达接收的回波信号进行预处理，提取出有效的钢筋及灾害目标反射回波信号；(2)将上述预处理后的回波信号进行Fhyp-curvelet分解，使探地雷达接收的回波信号投影到多个尺度空间，得到每个尺度下的回波信号；(3)将步骤(2)得到的回波信号中的钢筋回波信号分量进行滤除；(4)将步骤(3)得到的滤除钢筋回波信号分量的回波信号进行Fhyp-curvelet重构，由此将该回波信号变换到时空域，获得时空域回波信号；(5)将步骤(4)得到的时空域回波信号进行频域—波数域的二维快速傅里叶变换而得到频域—波数域的数据；(6)在步骤(5)得到的频域—波数域的数据基础上，考虑多层介质波速变化，得到波数域下探地雷达的回波信号；(7)将步骤(6)得到的波数域下的回波信号在波数域下进行二维快速逆傅里叶变换，最终得到探地雷达成像结果。2.根据权利要求1所述的钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述的对探地雷达接收的回波信号进行预处理，提取出有效的钢筋及灾害目标反射回波信号的方法是：利用非一致性检测选取不含有目标的背景回波，将探地雷达接收的回波信号减去背景回波，即可提取出效的钢筋及灾害目标反射回波信号。3.根据权利要求1所述的钢筋回波干扰下的灾害目标成像方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述的将上述预处理后的回波信号进行Fhyp-curvelet分解，使探地雷达接收的回波信号投影到多个尺度空间，得到每个尺度下的回波信号的方法是：综合考虑探地雷达发射信号波形及衰减特性和时空特征后，建立Fhyp-curvelet分解的小波函数，利用二维快速傅里叶变换进行双曲线积分，将沿双曲线分布的能量在多个尺度空间下聚集成点。4.根据权利要求1所述的钢筋回...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹芸茜，吴仁彪，何炜琨，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津,12