基于gprmax的道路空洞探地雷达图像正演模拟

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1、分类号：U4110710-2013224008专业硕士学位论文基于GprMax的道路空洞探地雷达图像正演模拟尹光辉导师姓名职称冯兴乐教授专业学位类别申请学位类别工学硕士计算机技术及领域名称论文提交日期2015年5月8日论文答辩日期2015年6月7日学位授予单位长安大学ForwardSimulationofGroundPenetrationRadarBasedonGprMaxfortheRoadCavityADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YinGuan

2、ghuiSupervisor：Prof.FengXingleChang’anUniversity,Xi’an,China摘要近年来，我国的道路塌陷事故愈演愈烈，给人民的生命财产安全造成了极大危害。因此，亟待对道路路基下空洞进行检测，提前发现进行治理。由于探地雷达具有高效、无损、分辨率高的特点，且道路结构层及土基和下方潜伏的充气空洞以及充水空洞之间的介电常数差异大，因此探地雷达技术十分适合道路空洞的检测。但是实际应用过程中，由于缺乏探地雷达异常图像评判客观标准，且雷达资料解释具有多解性和主观经验性，导致探地雷达技术在道路地

3、下空洞中的应用难以获得理想效果。因此利用计算机开展空洞正演模拟研究，研究各种典型空洞模型的电磁波传播、成像规律，这对于认识探地雷达实测结果，识别空洞目标体具有实际意义。本文通过建立道路路基下充气与充水空洞模型，基于时域有限差分法，用GprMax及Matlab编程实现道路空洞正演模拟，对空洞模型正演模拟结果的雷达波图像特征进行分析。主要内容如下：(1)针对道路空洞形成特点，将道路空洞分为充气型空洞和充水型空洞，分别进行正演模拟分析，得出判别两种类型空洞的理论依据。(2)针对不同形状、不同深度、不同大小、不同激励源类型、不同

4、激励源中心频率、不同介电常数及电导率条件下进行正演模拟分析，分析不同条件下的雷达波成像特点，电磁波传播规律。(3)最后运用无线探地雷达进行空洞实测实例与正演模拟对比，验证正演模拟的有效性。本文正演模拟结果有助于对实际探测目标体识别和雷达成像资料的解释，为探地雷达在路基空洞检测应用积累理论经验。关键词：探地雷达，空洞，正演模拟，时域有限差分法、GprMaxiAbstractInrecentyears,lotsofroadcollapsesarereportedbynews,whichdogreatharmtopeople’

5、slivesandproperties.Groundpenetratingradar(GPR)hasthecharacteristicsofhighefficacy,non-destructive,highresolution.Andthedielectricconstantdifferencebetweenroadstructurelayerandthecavitybeneaththeroadstructureisverylarge,therefore,itissuitabletodetectcavitybeneath

6、theroadbytheGPR.However,intheprocessofpracticalapplication,duetoalackofgroundpenetratingradarabnormalimageevaluationcriteriaandtheimageinterpretationsofGPRhavemultiplesolutionswithsubjectiveexperience.Itisdifficulttoobtainidealresultsinthedetectionforthecavityben

7、eaththeroad.Itisofgreatsignificancetomakefulluseofforwardsimulationbycomputer.Anditisnecessarytostudyallkindsoftypicalcavitymodelsofelectromagneticwavepropagationwhichwillcontributealottoidentifycavitybeneaththeroadinpracticalapplication.Thispaperisbasedonthefini

8、tedifferencetimedomainmethod(FDTD),withtheestablishmentofaerationandwaterycavitymodels,usestheGprMaxandMatlabprogrammingtorealizeforwardsimulationandmakesaanal