探地雷达数据中钢筋网屏蔽干扰的压制方法、介质及设备技术

本发明专利技术公开了一种探地雷达数据中钢筋网屏蔽干扰的压制方法、介质及设备，将读取的探地雷达B‑scan数据沿空间方向分窗，对任一分窗数据使用离散傅里叶变换后进行随机重新排布得到新数据，将新数据排成Hankel矩阵，对Hankel矩阵进行奇异值分解降秩重构，将重构数据沿空间方向重排回原来的位置后使用一维逆离散傅里叶变换，重复直到所有分窗数据均被处理。本发明专利技术能够通过分离钢筋网绕射波压制其在探地雷达数据中的屏蔽作用，使原本被钢筋网绕射波屏蔽的其它探地雷达响应信号得到更为准确的显示，从而使探测目标如无砟轨道路基内部结构成像更准确，由此对其中病害进行准确检测。该专利也适应于采用探地雷达设备检测各种带有钢筋网的混凝土预制板内部病害。

【技术实现步骤摘要】
探地雷达数据中钢筋网屏蔽干扰的压制方法、介质及设备
本专利技术属于探地雷达数据处理
，具体涉及一种探地雷达数据中钢筋网屏蔽干扰的压制方法、介质及设备。
技术介绍
探地雷达作为一种无损检测方法，被广泛应用于高速铁路无砟轨道路基内部病害的排查检测中。无砟轨道采用具有复杂结构的含钢筋网的预置道床板和支撑层、钢筋混凝土等混合材料道床板来代替传统轨道的轨枕与道砟，同时高铁隧道洞身一般含保持围岩稳定性的支护，支护主要结构就包括钢筋网和钢架。因此在使用探地雷达对高铁无砟轨道以及高铁隧道进行检测时，获取到的数据中往往存在由无砟轨道内置钢架、钢筋网产生的强绕射波。这种绕射波会严重干扰甚至屏蔽无砟轨道路基和高铁洞身周边结构内部病害如中小尺度裂缝、空洞等的探地雷达响应信号。导致探地雷达数据难以准确反映无砟轨道的真实地下结构，从而为无砟轨道路基结构或者隧道洞身周边结构中的病害的识别带来难题，采用探地雷达设备检测其它各种带有钢筋网的混凝土预制板内部病害时也会遇到同样的问题。因此需要采取一定的方法有效分离探地雷达数据中的钢筋网强绕射波。通过分离掉强绕射波压制钢筋网屏蔽作用后的探地雷达数据中，被屏蔽的内部病害以及其它探测目标产生的探地雷达响应信号得到更清晰的显现。此数据可用于探测目标内部结构的更准确的成像，由此对探测目标，如路基内部病害包括预制道床板和支撑层中的钢筋网等结构中可能存在的空洞、裂缝等病害进行准确检测。此外，采用探地雷达设备检测其它各种带有钢筋网的混凝土预制板内部病害时，为了让探地雷达数据准确反应各种混凝土预制板内部结构情况，也需要对其钢筋网屏蔽作用进行压制。传统通过分离探地雷达数据中钢筋网强绕射波来压制其屏蔽作用的方法有拉东变换、奇异值分解(SVD)滤波法和偏移，这些方法均取得了一定的分离效果，但当钢筋网强绕射波和探地雷达目标响应信号在空间上有混叠时，它们会将绕射波与目标探地雷达响应信号一起从输入数据中去除，因此需要改进已有的方法取得更好效果。现有SVD滤波方法存在的缺点如下：1、用以重构钢筋网强绕射波外的其它探地雷达响应信号的奇异值个数需要反复试验或者计算获取，易造成钢筋网强绕射波残留或者损伤其它探地雷达响应信号。2、当钢筋网强绕射波与其它探地雷达响应信号在空间上混叠时，易使其它探地雷达响应信号与绕射波一起被滤除。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种探地雷达数据中钢筋网屏蔽干扰的压制方法、介质及设备，可用于探测目标内部结构的更准确的成像，由此对探测目标，如路基内部病害包括预制道床板和支撑层中的钢筋网等结构中可能存在的空洞、裂缝等病害进行准确检测；同时适应于采用探地雷达设备检测各种带有钢筋网的混凝土预制板内部病害。本专利技术采用以下技术方案：探地雷达数据中钢筋网屏蔽干扰的压制方法，包括以下步骤：S1、读取实测探地雷达B-scan数据集；S2、将步骤S1读取的B-Scan数据集沿空间方向分为若干个窗，对其中任一分窗X内的每道数据沿时间方向使用一维离散傅里叶变换得到傅里叶系数矩阵F；S3、将步骤S2得到的傅里叶系数矩阵F中的每道数据沿空间方向随机重新排布得到F′，将F′排成Hankel矩阵并进行奇异值分解，取第一个奇异值重构数据，对重构数据进行重排，对重排后的重构数据做一维逆离散傅里叶变换得到分离钢筋网屏蔽干扰后的数据；S4、重复步骤S2和步骤S3直到B-scan数据集中所有分窗中的数据处理完毕，用处理后的分窗数据取代原数据中对应位置的数据，得到分离掉钢筋网绕射波以后的数据作为压制钢筋网屏蔽作用后的数据结果。具体的，步骤S2中，傅里叶系数矩阵F表示如下：F＝[f1,…,fm]其中，f1,…,fm为F中沿空间方向的每道数据。进一步的，若干个窗中任一分窗数据X包括两部分，X＝XN+(XS1+XS2+…)，XS1,XS2…表示钢筋网电磁屏蔽产生的强绕射波外的其它探地雷达响应信号，XN表示钢筋网强绕射波。具体的，步骤S3具体为：S301、将傅里叶系数矩阵F中沿空间方向的每道数据进行随机排布，使所有元素都不在原来的位置上得到F′；S302、用F′中对应第i个频点的沿空间方向的数据堆砌Hankel矩阵Hi；S303、对矩阵Hi使用奇异值分解；S304、取第一个奇异值及其对应的奇异向量重构，得到H′i，对H′i中数据进行反对角线平均，得到对应第i个频点的沿空间方向的重构后的数据，重复步骤S302～S304，直到每一个频点对应的沿空间方向的数据均被处理，得到将中沿时间方向的每道数据的位置重排使其回到随机排布前的对应位置；对重排后的的每道数据沿着频率方向使用一维逆离散傅里叶变换后得到压制钢筋网屏蔽作用的数据X″＝XS1+XS2+…。进一步的，步骤S301中，随机排布后的傅里叶系数矩阵F′如下：其中，f′j∈{f′1,…,f′m}为不重复地随机从傅里叶系数矩阵F的f1,…,fm中选取的数据，且f′n,m为F′中第n行第m列的数据。进一步的，步骤S302中，随机排布后的傅里叶系数矩阵F′中对应第i个频点的沿空间方向的数据表示如下：[f′i，1,…,f′i,m]矩阵Hi如下：其中，q为大于0小于m的任意正整数，f′i,m为F′中第i行第m列的数据。进一步的，步骤S303中，使用奇异值分解如下：其中，[u1…uq]，λγ，γ＝1,…,m-q+1分别为Hi的左右奇异矩阵和奇异值，u为Hi的左奇异向量，v为Hi的右奇异向量，H为F′中对应第i个频点的沿空间方向的数据堆砌的Hankel矩阵。进一步的，步骤S304中，重构得到的H′i如下：其中，为H′i中第i行第m列的数据；对应第i个频点的沿空间方向的重构后的数据表达式如下：由所有频点的沿空间方向的重构后的数据得到的傅里叶系数矩阵如下：X″＝XS1+XS2+…如下：其中，为中第n行第m列的数据，x″n,m为X″中第n行第m列的数据。本专利技术的另一个技术方案是，一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行所述的方法中的任一方法。本专利技术的另一个技术方案是，一种计算设备，包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行所述的方法中的任一方法的指令。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种压制探地雷达数据中钢筋网屏蔽干扰的方法，首先，读取探地雷达B-scan数据集，然后，将读取的数据沿空间方向分为若干个窗，对其中任一分窗数据沿时间方向的每道数据使用一维离散傅里叶变换(DFT)得到傅里叶系数矩阵，将傅里叶系数矩阵中沿时间方向的每道数据随机重新排布，使所有元素都不在原位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.探地雷达数据中钢筋网屏蔽干扰的压制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、读取实测探地雷达B-scan数据集；/nS2、将步骤S1读取的B-Scan数据集沿空间方向分为若干个窗，对其中任一分窗X内的每道数据沿时间方向使用一维离散傅里叶变换得到傅里叶系数矩阵F；/nS3、将步骤S2得到的傅里叶系数矩阵F中的每道数据沿空间方向随机重新排布得到F′，将F′排成Hankel矩阵并进行奇异值分解，取第一个奇异值重构数据，对重构数据进行重排，对重排后的重构数据做一维逆离散傅里叶变换得到分离钢筋网屏蔽干扰后的数据；/nS4、重复步骤S2和步骤S3直到B-scan数据集中所有分窗中的数据处理完毕，用处理后的分窗数据取代原数据中对应位置的数据，得到分离掉钢筋网绕射波以后的数据作为压制钢筋网屏蔽作用后的数据结果。/n

【技术特征摘要】
1.探地雷达数据中钢筋网屏蔽干扰的压制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、读取实测探地雷达B-scan数据集；
S2、将步骤S1读取的B-Scan数据集沿空间方向分为若干个窗，对其中任一分窗X内的每道数据沿时间方向使用一维离散傅里叶变换得到傅里叶系数矩阵F；
S3、将步骤S2得到的傅里叶系数矩阵F中的每道数据沿空间方向随机重新排布得到F′，将F′排成Hankel矩阵并进行奇异值分解，取第一个奇异值重构数据，对重构数据进行重排，对重排后的重构数据做一维逆离散傅里叶变换得到分离钢筋网屏蔽干扰后的数据；
S4、重复步骤S2和步骤S3直到B-scan数据集中所有分窗中的数据处理完毕，用处理后的分窗数据取代原数据中对应位置的数据，得到分离掉钢筋网绕射波以后的数据作为压制钢筋网屏蔽作用后的数据结果。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，傅里叶系数矩阵F表示如下：
F＝[f1,…,fm]
其中，f1,…,fm为F中沿空间方向的每道数据。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，若干个窗中任一分窗数据X包括两部分，X＝XN+(XS1+XS2+…)，XS1,XS2…表示钢筋网电磁屏蔽产生的强绕射波外的其它探地雷达响应信号，XN表示钢筋网强绕射波。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3具体为：
S301、将傅里叶系数矩阵F中沿空间方向的每道数据进行随机排布，使所有元素都不在原来的位置上得到F′；
S302、用F′中对应第i个频点的沿空间方向的数据堆砌Hankel矩阵Hi；
S303、对矩阵Hi使用奇异值分解；
S304、取第一个奇异值及其对应的奇异向量重构，得到H′i，对H′i中数据进行反对角线平均，得到对应第i个频点的沿空间方向的重构后的数据，重复步骤S302～S304，直到每一个频点对应的沿空间方向的数据均被处理，得到将中沿时间方向的每道数据的位置重排使其回到随机排布前的对应位置；对重排后的的每道数据沿着频率方向使用一维逆离散傅里叶变换后得到压制钢筋网屏蔽作用的数据X″＝XS1+XS2+…。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文超，胡杨丽江，刘达伟，王晓凯，师振盛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61