一种地质雷达信号定量分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种地质雷达信号定量分析方法及系统。方法包括：获取地质雷达信号；对地质雷达信号进行滤波，确定雷达图像中的被测目标；对被测目标进行提取，得到多个被测目标反射波信息的单道信号；根据所用地质雷达的天线脉冲函数类型，选取或构造相应的定量分析用最优小波基；采用最优小波基对各单道信号进行处理，得到多个细节系数成分时间‑模值曲线；采用小波奇异性分析法确定各细节系数成分时间‑模值曲线中的多个被测目标反射波；运用小波模极大值法和多个被测目标反射波确定局部模极大值点坐标；运用双程走时公式和局部模极大值点坐标计算不同所述被测目标反射波之间的距离。采用本发明专利技术的方法或系统能够对地质雷达信号实现精确的定量分析。

【技术实现步骤摘要】
一种地质雷达信号定量分析方法及系统
本专利技术涉及工程质量无损检测领域，特别是涉及一种地质雷达信号定量分析方法及系统。
技术介绍
地质雷达无损检测技术广泛应用于隧道衬砌结构、道路路基结构和铁路路基结构的工程质量检测。在地质雷达剖面图中，运用已有的地质雷达信号处理方法，工程病害能够被有效识别出。目前，反褶积技术主要通过压缩雷达子波获取反射系数序列来提高地质雷达信号的图像分辨率，并在一定程度上能够提高信号的定量分析精度。反褶积技术主要建立在反射系数为白噪声序列和雷达子波为最小相位的假设前提上的，但是在实际工程信号中反射系数序列并非白噪序列，各反射波也并非最小相位，加之受反射波相干现象和回波噪声的影响，反褶积法在定量分析方面的精度和稳定性普遍较差，很难通过雷达信号对病害区的几何尺寸和空间位置进行精确定位。在混凝土验收规范、桥梁检测规范和隧道衬砌安全评定规定中，质量缺陷和工程病害的划分都有精确的量化指标，而这些量化指标均要求地质雷达等无损检测技术提供精确的分析结果。因此为了满足规范中精确评估工程病害的需求，亟需提出一种地质雷达信号定量分析方法及系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种地质雷达信号定量分析方法及系统，能够对地质雷达信号实现精确的定量分析。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种地质雷达信号定量分析方法，所述方法包括：获取地质雷达信号；对所述地质雷达信号进行滤波，确定雷达图像中的被测目标；对所述被测目标信号进行提取，得到多个含有被测目标反射波信息的单道信号；根据所用地质雷达的天线脉冲函数类型，选取或构造相应的定量分析用最优小波基；运用最优小波基对各所述单道信号进行处理，得到多个细节系数成分时间-模值曲线；运用小波奇异性分析法确定各所述细节系数成分时间-模值曲线中的多个被测目标反射波；运用小波模极大值法和多个所述被测目标反射波确定局部模极大值点坐标；运用双程走时公式和所述局部模极大值点坐标计算不同所述被测目标反射波之间的距离。可选的，所述采用最优小波基对各所述单道信号进行处理，得到多个细节系数成分时间-模值曲线，具体包括：采用所述最优小波基中的尺度函数和小波函数对所述单道信号进行分解，得到细节系数成分；采用所述最优小波基中的对偶尺度函数对所述细节系数成分进行重构，得到细节系数成分时间-幅值曲线；根据模值法对所述细节系数成分时间-幅值曲线进行计算，确定细节系数成分时间-模值曲线。可选的，所述运用小波奇异性分析法，确定各所述细节系数成分时间-模值曲线中的多个被测目标反射波，具体包括：根据小波分析对信号奇异性的识别能力，确定各反射波的奇异性，从而确定个被测目标反射波。可选的，所述运用小波模极大值法和多个所述被测目标反射波确定局部模极大值点坐标，具体包括：根据小波模极大值法，运用局部模极大值点确定信号奇异性的准确位置，记录反射波奇异性对应的局部模极大值点坐标。可选的，所述运用双程走时公式和所述局部模极大值点坐标计算不同所述被测目标反射波之间的距离，具体包括：确定各个被测目标反射波，将各反射波的局部模极大值点时间坐标带入双程走时公式，计算出反射波之间的准确距离，确定地质雷达图像中被测目标的具体空间位置和尺寸。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种地质雷达信号定量分析系统，所述系统包括：获取模块，用于获取地质雷达信号；被测目标确定模块，用于对所述地质雷达信号进行滤波，确定雷达图像中的被测目标；单道信号确定模块，用于对所述被测目标进行提取，得到多个被测目标反射波信息的单道信号；最优小波基构造模块，用于根据地质雷达的天线脉冲函数类型，选取或构造相应的定量分析用最优小波基；时间-模值曲线绘制模块，用于采用最优小波基对各所述单道信号进行处理，得到多个细节系数成分时间-模值曲线；被测目标反射波确定模块，用于采用小波奇异性分析法确定各所述细节系数成分时间-模值曲线中的多个被测目标反射波；模极大值点坐标确定模块，用于运用小波模极大值法和多个所述被测目标反射波确定局部模极大值点坐标；距离确定模块，用于运用双程走时公式和所述局部模极大值点坐标计算不同所述被测目标反射波之间的距离。可选的，所述时间-模值曲线绘制模块，具体包括：细节系数成分确定单元，用于采用所述最优小波基中的尺度函数和小波函数对所述单道信号进行分解，得到细节系数成分；细节系数成分时间-幅值曲线确定单元，用于采用所述最优小波基中的对偶尺度函数对所述细节系数成分进行重构，得到细节系数成分时间-幅值曲线；时间-模值曲线确定单元，用于根据模值法对所述细节系数成分时间-幅值曲线进行计算，确定细节系数成分时间-模值曲线。可选的，所述被测目标反射波确定模块，具体包括：被测目标反射波确定单元，用于根据小波分析对信号奇异性的识别能力，确定各反射波的奇异性，从而确定个被测目标反射波。可选的，所述模极大值点坐标确定模块，具体包括：模极大值点坐标确定单元，用于根据小波模极大值法，运用局部模极大值点确定信号奇异性的准确位置，记录反射波奇异性对应的局部模极大值点坐标。可选的，所述距离确定模块，具体包括：距离确定单元，用于确定各个被测目标反射波，将各反射波的局部模极大值点时间坐标带入双程走时公式，计算出反射波之间的准确距离，确定地质雷达图像中被测目标的具体空间位置和尺寸。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供一种地质雷达信号定量分析方法，包括：获取地质雷达信号；对所述地质雷达信号进行滤波，确定雷达图像中的被测目标；对所述被测目标进行提取，得到多个被测目标反射波信息的单道信号；根据所用地质雷达的天线脉冲函数类型，选取或构造相应的定量分析用最优小波基；采用小波变换模极大值法对各所述单道信号进行处理，得到多个细节系数成分时间-模值曲线；根据各所述细节系数成分时间-模值曲线，确定多个被测目标反射波；获取多个所述被测目标反射波的局部模极大值点坐标；根据所述局部模极大值点坐标计算不同所述被测目标反射波之间的距离。采用上述方法能够对地质雷达信号实现精确的定量分析。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例地质雷达信号定量分析方法流程图；图2为本专利技术实施例地质雷达信号定量分析系统结构图；图3为空腔检测实验具体设计示意图；图4为空腔检测模拟制作图；图5为空腔检测实验信号；图6为正则反褶积法处理后的实测地质雷达信号；图7为第50道信号的GPR3.3小波时-频分析结果；图8为GPR3.3小波变换模值；图9为Db6小波变换模值。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例地质雷达信号定量分析方法流程图。如图1所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地质雷达信号定量分析方法，其特征在于，所述方法包括：获取地质雷达信号；对所述地质雷达信号进行滤波，确定雷达图像中的被测目标；对所述被测目标信号进行提取，得到多个含有被测目标反射波信息的单道信号；根据所用地质雷达的天线脉冲函数类型，选取或构造相应的定量分析用最优小波基；运用最优小波基对各所述单道信号进行处理，得到多个细节系数成分时间‑模值曲线；运用小波奇异性分析法确定各所述细节系数成分时间‑模值曲线中的多个被测目标反射波；运用小波模极大值法和多个所述被测目标反射波确定局部模极大值点坐标；运用双程走时公式和所述局部模极大值点坐标计算不同所述被测目标反射波之间的距离。

【技术特征摘要】
1.一种地质雷达信号定量分析方法，其特征在于，所述方法包括：获取地质雷达信号；对所述地质雷达信号进行滤波，确定雷达图像中的被测目标；对所述被测目标信号进行提取，得到多个含有被测目标反射波信息的单道信号；根据所用地质雷达的天线脉冲函数类型，选取或构造相应的定量分析用最优小波基；运用最优小波基对各所述单道信号进行处理，得到多个细节系数成分时间-模值曲线；运用小波奇异性分析法确定各所述细节系数成分时间-模值曲线中的多个被测目标反射波；运用小波模极大值法和多个所述被测目标反射波确定局部模极大值点坐标；运用双程走时公式和所述局部模极大值点坐标计算不同所述被测目标反射波之间的距离。2.根据权利要求1所述的地质雷达信号定量分析方法，其特征在于，所述采用最优小波基对各所述单道信号进行处理，得到多个细节系数成分时间-模值曲线，具体包括：采用所述最优小波基中的尺度函数和小波函数对所述单道信号进行分解，得到细节系数成分；采用所述最优小波基中的对偶尺度函数对所述细节系数成分进行重构，得到细节系数成分时间-幅值曲线；根据模值法对所述细节系数成分时间-幅值曲线进行计算，确定细节系数成分时间-模值曲线。3.根据权利要求1所述的地质雷达信号定量分析方法，其特征在于，所述运用小波奇异性分析法，确定各所述细节系数成分时间-模值曲线中的多个被测目标反射波，具体包括：根据小波分析对信号奇异性的识别能力，确定各反射波的奇异性，从而确定个被测目标反射波。4.根据权利要求1所述的地质雷达信号定量分析方法，其特征在于，所述运用小波模极大值法和多个所述被测目标反射波确定局部模极大值点坐标，具体包括：根据小波模极大值法，运用局部模极大值点确定信号奇异性的准确位置，记录反射波奇异性对应的局部模极大值点坐标。5.根据权利要求1所述的地质雷达信号定量分析方法，其特征在于，所述运用双程走时公式和所述局部模极大值点坐标计算不同所述被测目标反射波之间的距离，具体包括：确定各个被测目标反射波，将各反射波的局部模极大值点时间坐标带入双程走时公式，计算出反射波之间的准确距离，确定地质雷达图像中被测目标的具体空间位置和尺寸。6.一种地质雷达信号定量分析系统，其特征在于，所述系统包括：获...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌同华，刘浩然，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43