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基于线性电磁场逆的超宽带雷达成像算法研究

作　者: 杨平
导　师: 周辉林; 李立宏
学　校: 南昌大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 探地雷达逆散射玻恩近似不适定问题正则化直接抽样法
分类号: TN957.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)作为一种新型的目标检测和识别技术,具有快速检测、无损性、准确度高等优势,广泛应用于地下目标成像、桥梁隧道检测、考古研究、地质勘探以及地质灾害预防等领域。探地雷达地下目标成像是目标检测与识别的基础和关键,基于电磁逆散射的雷达成像方法成为近年来的热点,并在目标反演成像领域也得到深入研究。由于电磁逆散射成像存在非线性和不适定性,电磁逆散射是个非线性问题和反问题,虽然使用迭代成像算法可以对目标成像,但由于其运算复杂、计算代价高,难以满足实际工程应用的需要,因此研究线性电磁场逆成像算法在实际工程中具有较高价值。针对这些问题,本文主要研究了玻恩近似线性及直接抽样电磁场逆成像算法,工作主要包括以下内容：(1)玻恩近似线性电磁场逆成像算法研究。根据电磁波的地下传播理论,得到电磁逆散射的非线性积分方程,对于弱散射体介质,利用玻恩近似理论,将电磁逆散射非线性积分方程转化为线性积分方程。利用格林定理得到并矢格林函数的一般表达式,并对格林函数进行设计及数值化计算。通过矩阵构造,将求解积分方程转化为求解矩阵方程,利用截断奇异分解(Truncated Singular Value Decomposition, TSVD)优化方法和Tikhonov优化方法解决电磁逆散射成像中不适定问题。(2)直接抽样电磁场逆成像算法研究。根据格林函数以及延时抽样理论,对直接抽样法进行分析及数值化计算,并首次将直接抽样法应用到探地雷达中实现对目标物体反演成像。(3)根据有限时域差分理论,利用GPRmax模拟仿真软件获取地下目标的电磁散射数据,基于波恩近似线性电磁场逆成像算法和直接抽样电磁场逆成像算法对目标的电性参数进行重构。通过模拟仿真的实验结果可以看出,两种算法均能对地下目标成像,从而验证了两种算法的正确性。

基于线性电磁场逆的超宽带雷达成像算法研究

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