探地雷达回波信号成像和小波去噪的方法与实现

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探地雷达在工程地质勘探方面已经获得广泛的应用,尤其是它的高分辨率和地下目标快速成像技术,得到了普遍的认可。但是国内投入使用的探地雷达几乎全部是从国外进口的。因此研制和开发具有自主知识产权的探地雷达系统是十分必要的。为此,本实验室在1999年就开始了探地雷达的研制和应用方面的研究工作。在本实验室项目“探地雷达研究”中,主要任务之一就在于如何使探地雷达接收到的回波信号以图像的形式显示,并对接收的回波信号进行处理,以改善数据质量,为进一步的地质解释提供清晰的探地雷达回波剖面图,从而使我们能够方便地观测、识别地下目标物体。 小波变换是近年来提出的一种非平稳信号的分析方法,它被认为是Fourier分析的突破性进展。它克服了Fourier分析中所存在的时频局部分析能力差的缺点,能够在不同的时间和频率尺度上对信号进行分析。同时,小波理论表明,小波变换可以使一个信号的能量在小波变换域中集中于少数系数上,小波系数较大者,携带信号能量也较多;小波系数较小者,携带信号能量也较少。这也是本文中小波去噪的理论基础。 首先,本文分析了探地雷达数据结构,讲解了探地雷达回波信号成像软件的实现。其次,本文对小波去噪的基本原理和性质进行了研究,详细介绍了小波阈值滤波法在探地雷达回波信号去噪中的应用,并针对软、硬阈值方法的不足,提出一种改进的软硬阈值折衷法,进一步提高去噪效果。最后,由于探地雷达信号处理的目的是方便对探地雷达回波剖面进行准确合理的地质解释,我们对小波去噪后的探地雷达回波剖面进行了地质解释,以一种间接但直观的方式证明了小波去噪的效果。为了进一步测试小波去噪后探地雷达回波剖面的实际效果,我们还将从经过小波去噪后的探地雷达回波剖面中判读得到的挡土墙厚度和其实际厚度进行了对比。 本文的理论分析和对实测数据的处理分析结果表明,小波分析可以有效地应用于分析处理探地雷达回波信号,为广梅汕铁路挡土墙厚度计算等后续工作的开展提供较好的数据。
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