探地雷达线性逆散射成像算法分析-(5877)

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1、厦门大学学位论文著作权使用声明本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦门大学有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸质版和电子版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。本学位论文属于1．保密()，在年解密后适用本授权书。2．不保密(√)(请在以上相应括号内打“4”)作者签名：躐车色日期：加霉年岁月1El翩签名：；蛳隰甜年厂月z7日第一章绪论1．1探地雷达发展概况探地雷达

2、(GroundPenetratingRadar，简称GPR)是利用高频电磁波获取地下未知目标信息的雷达系统，是近几十年发展起来的一种地下目标无损探测手段。它利用电磁波探测地下目标，由于电磁波在介质中传播时，其幅度、波形及路径将随所通过介质的电性及几何形态而变化，所以可以通过分析电磁信号与地下目标的相互作用，提取地下目标的性质、形状等信息，从而预测地下目标。1．1．1探地雷达发展历程探地雷达的起源可追溯到1904年，德国人Hulsemeyer用电磁波发现了地表的金属物体，这是探地雷达的雏形。之后，探地雷达的发展经历了3个阶段，即发明阶

3、段(1904—1930年)、发展阶段(1930—1980年)和成熟阶段(1980年至今)。1910年德国的Leimbach以专利的形式提出了探地雷达这一概念。1926年Hulsenbeck提出了应用脉冲技术确定地下结构的思路，并指出电磁波在介电常数变化界面会产生反射，从而能够对埋藏目标进行探测。1961年在美国空军的报告中，首次出现利用脉冲电磁波技术重复获得地下介质探测结果。与空气相比，地下介质具有较强的衰减特性，而且地质情况多种多样，使得电磁波在地下的传播要比空气中复杂得多。因此，在应用初期，探地雷达仅用于对电磁波吸收很弱的冰层、

4、岩盐等介质的探测【1．3】。如1963年Evans利用冲击脉冲雷达探测冰层的厚度；1970年Harrison取得南极冰面800一--2200m穿透厚度的资料14l。20世纪70年代以来，随着时域电磁波理论、电子技术和计算机技术的发展，加之探地雷达所具有的优越性，世界上出现了研制探地雷达的热潮，许多国家纷纷推出自己的商用探地雷达产品。如美国GSSI公司的SIR系列、加拿大Sensor＆Software公司的PulseEKKO系列、日本应用地质株式会社的GEORADAR系列及瑞典地质公司的呲C／GPR钻孔雷达系统等【51。探地雷达的应用

5、范围也迅速扩大，从初期的冰层、盐矿等介质逐步扩展到土层、岩层等有耗介质，渗透到民用及军用多个部门。如1974年Morey实现对水剖面的成像，并探讨了探地雷达在民用工程中的应用；1975年Cook实现对矿藏和岩石的探测；1976年Kadaba探地雷达线性逆散射成像算法研究实现了对沙漠的地下探测；1979年Roe和Ellerbruch实现对煤层厚度的测量【1】；20世纪80年代，探地雷达被广泛用于检测管道和电缆，军事中用于隧道检测和非金属地雷的检测【l】；20世纪90年代，探地雷达进一步被应用到地层学和环境工程等领域，如1998年AST

6、M制定了用脉冲探地雷达测量路面结构层厚度的标准，1999年推出涵盖面更广的标准，该标准适用于脉冲探地雷达探测地下结构或地下材料的所有工程项目，标志着GPR已成为工程检测的常规手段；2000年以来，探地雷达在矿产调查、考古、地质勘测、水文、农业、地雷探测、市政设施维护及刑事勘察等领域应用更加普遍【61。国内探地雷达研制工作起步较晚，开始于上世纪80年代初，中国电波传播研究所、中科院长春地理所、西南交通大学及东南大学等单位开展了电磁波地下传播特性的研究。中国电波传播研究所于1990年研制出LT一1和LT-IA型商用探地雷达，随后其又相继

7、推出过多种型号的探地雷达，其中2004年研制成功的LTD一2000小型探地雷达很受国内市场欢迎【31。1．1．2探地雷达的特点和优势与电阻率法、低频电磁感应法等常规的地下探测方法相比，探地雷达具有许多优势(也是其特点)，主要表现在【1】【7】：1)高分辨率工作频率可高达到GHz数量级，分辨率可达到厘米数量级，同时利用高性能计算机对接收数据进行处理，准确地显示电磁波反射信号，由此确定目标物体的尺寸，几何特征及物理特征。2)探测效率高，成本低探地雷达的天线可不与地面接触，探测速度快。探地雷达仪器轻便，从数据采集到处理成像一体化，操作简单

8、，采样迅速，工作人员少，实时处理显示，可现场解释，工作成本低。3)无损性探测由于探地雷达是利用高频电磁波来探测地下目标和地质结构，不用打钻即可探测埋藏不是太深的目标物体，因而其探测具有非破坏性。4)宽频带探地雷达发射及接收的信号都具有