超宽带探地雷达快速BP成像算法研究

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地下浅层异质体目标无损探测技术中,最具市场与前景的是超宽带探地雷达技术。它具有快速、无损、抗干扰和高分辨等优点,其应用领域已不再局限于“探地”的范畴,在工程、环境、考古、军事、医学等领域都得到了广泛的应用。超宽带探地雷达杂波抑制算法和成像算法是近年来国内外学者研究的热门问题。BP成像算法因其简单、成像精确且便于实现,在实际探测已被广泛使用,但存在的缺陷是复杂度高、计算效率低、散射干扰强等。本文针对以上问题,在杂波抑制预处理的基础上,提出了一种快速BP成像算法,主要的工作与创新点如下:  根据目标回波信号和杂波信号的强度与分布上的差异,提出一种基于信息熵的超宽带探地雷达杂波抑制算法。该算法在 B-scan回波图像的时间方向和测线方向上以信息熵为统计量,通过设置阈值函数来滤除杂波信号,并引入图像分割技术中的最大类间方差法(OTSU)自适应地选取阈值。仿真数据与实际测量均证明该算法能够有效地去除杂波信号,对于后续的成像效果有很大的提升。  针对超宽带探地雷达BP成像算法,因分界面上折射点的求取涉及到一元四次方程求解而导致计算量较大的缺陷,提出一种折射点近似求解算法。根据脉冲电磁波在地下介质传播路径,推导得到折射点的近似求解方法,该算法计算精度高、适用性强。理论分析表明所提出的算法能够大幅度地提高求解的精度与速度。  针对BP算法进行后向投影成像时,对目标的聚焦需要的仅仅是目标回波信号的特点,提出一种基于信息熵特征的超宽带探地雷达快速BP成像算法。算法主要根据测线方向上信息熵特征对目标回波区域进行定位,然后仅利用目标区域的回波信号参与运算,达到快速成像的目的。理论分析与实际测量均表明改进后的BP算法成像速度更快、效果也更好。
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