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步进频探地雷达实时成像技术

作　者: 朱世平
导　师: 黄春琳
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 步进频率探地雷达后向投影算法快速成像软件模块设计实时性数字信号处理器
分类号: TN958.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

步进频率探地雷达(Stepped-Frequency Ground Penetrating Radar,SFGPR)是一种连续波体制探地雷达,能同时兼顾大带宽和高动态范围,以保证系统的高分辨率和深层穿透探测性能。对雷达目标回波进行成像处理,能够对后续的目标检测和识别提供良好的条件。步进频率探地雷达实时成像,依赖于成像算法的高效性。鉴于目前对于步进频率探地雷达快速成像理论和算法研究较少,还没有达到工程实用化的算法,本文就步进频率探地雷达成像算法计算效率的提高及实时成像处理的实现开展了深入的研究。通过研究步进频率探地雷达的回波信号模型,阐述了步进频率信号的特点,指出了步进频率探地雷达与冲激体制探地雷达在成像机理上的相似性。在深入研究探地雷达探测模型的基础之上,分析了表层脱离探测情况下的电磁波折射模型及传播衰减,推导了步进频率探地雷达后向投影成像算法,通过分析算法的冗余性,提出了一种快速反向投影成像方法。实测数据的处理结果表明该方法能够提高成像速度,并能保证良好的聚焦效果。为了将快速成像算法引入实际工程应用,提出了一种步进频率探地雷达实时成像的实现方案。其核心包括步进频率探地雷达数据预处理和快速成像,并基于高性能数字信号处理器,设计和实现了实时成像处理软件。实时性测试结果表明:该软件具有较好的实时性,成像速度可达5～6帧/秒。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-19
  1.1 研究的背景与意义  11-14
    1.1.1 步进频率探地雷达的发展概况  11-13
    1.1.2 SFGPR 的主要问题  13-14
  1.2 SFGPR 成像的特点和发展  14-17
    1.2.1 SFGPR 成像的特点和媒质的电磁特性  14-16
    1.2.2 SFGPR 成像技术的研究现状  16-17
  1.3 论文的主要内容  17-19
第二章探地雷达成像基本理论  19-33
  2.1 SFGPR 回波信号模型及预处理  19-24
    2.1.1 SFGPR 回波信号模型  19-21
    2.1.2 SFGPR 回波信号预处理  21-24
  2.2 探地雷达成像算法  24-30
    2.2.1 距离迁移(RM)成像理论  24-27
    2.2.2 后向投影(BP)成像理论  27-28
    2.2.3 两种成像算法的性能比较  28-30
  2.3 地下媒质中波速的测量  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章 SFGPR 快速BP 成像算法  33-47
  3.1 地下目标回波模型  33-38
    3.1.1 表层接触探测模式  33-34
    3.1.2 表层脱离探测模式  34-37
    3.1.3 有耗媒质对目标回波的衰减效应  37-38
  3.2 SFGPR 快速BP 算法  38-44
    3.2.1 SFGPR 的BP 算法  38-39
    3.2.2 算法冗余性分析  39-40
    3.2.3 SFGPR 快速BP 成像算法  40-41
    3.2.4 有效合成孔径长度的选取  41-44
  3.3 快速成像实验  44-46
  3.4 本章小结  46-47
第四章 SFGPR 实时成像处理软件的设计与实现  47-57
  4.1 DSP 开发系统概述  47-49
    4.1.1 开发板硬件特点  47-48
    4.1.2 DSP 编程环境介绍  48-49
  4.2 软件系统设计与实现  49-56
    4.2.1 软件系统总体设计  49-50
    4.2.2 各功能模块的具体设计  50-55
    4.2.3 实时性测试结果  55-56
  4.3 本章小结  56-57
第五章结束语  57-59
致谢  59-61
参考文献  61-65
作者在学期间取得的学术成果  65

步进频探地雷达实时成像技术

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