基于探地雷达的有耗介质脱空薄层厚度估计方法

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1、第27卷第lO期信号处理V01．27．No．1O2011年l0月SIGNALPR0CESSINGOct．201l基于探地雷达的有耗介质脱空薄层厚度估计方法段昌淼吴仁彪刘家学(中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室，天津，30030O)摘要：探地雷达在机场道面脱空检测中可以取得较好效果，但还不能准确估计有耗介质中的脱空厚度。针对此问题，本文通过分析脱空薄层复合反射回波的振幅响应和有耗介质中的电磁波传播模型，将常规薄层调谐厚度方法推广到有耗介质，提出了一种新的薄层厚度估计方法。首先推导有耗介质中脱

2、空薄层反射回波的主频振幅随厚度变化的振幅响应，然后基于最tJ~-"乘曲线拟合方法修正主频振幅响应，减小接收信号未建模误差和参数估计误差对脱空厚度估计精度的影响。仿真结果表明，基于本文方法所取得的估计精度明显高于基于未修正的主频振幅响应方法。关键词：探地雷达；脱空检测；薄层；电磁波传播模型；有耗介质中图分类号：TN959．71文献标识码：A文章编号：1003—0530(2011)10—1581—05ThicknessDeterminationMethodforThinVoid—layerofLossyM

3、ediumUsingGroundPenetratingRadarDUANChang-miaoWURen--biaoLIUJia··xue(TianjinKeyLaboratoryforAdvancedSignalProcessing，CivilAviationUniversityofChina，Tianjin30o30o，China)Abstract：GroundPenetratingRadar(CPR)canachieveg00dresultinthevoiddetectionofairfieldr

4、unways，butitisstillim—possibletocorrectlyestimatethevoidthicknessinlossymedium．Tosolvethisproblem，basedontheamplituderesponseofcomplexechoesreflectedfromthinvoidlayerandtheelectromagnetic(EM)wavepropagationmodelinlossymedium，thispaperextendsCOt—ventiona

5、lturningthicknessmethodtolossymediumandproposesanovelthinlayerthicknessdeterminationmethod．Firsdy，theampli-tuderesponsebetweenamplitudecorrespondingtopredominantfrequencyandvoidthicknessWasdeduced．Thenthepredominantfre-quencyamplituderesponsewasmodified

6、byleast-squarecurvefittingmethod，whichCanreducetheefectsofunmoldederrorandpa-rameterestimationerortoestimationaccuracyofvoidthickness．Simulationresultsdemonstratethattheestimationaccuracyofproposedmethodisobviouslyhigherthanthatobtainedbyunmodifiedmetho

7、d．Keywords：GroundPenetratingRadar；Voiddetection；Thin-layer；Electromagneticwavepropagationmodel；Lossymedium中的主波长)，对于常规探地雷达的系统带宽(1—1引言2GHz)，可分辨的最小气脱空厚度为3．75~7．50cm左探地雷达(Groundpenetratingradar，简称GPR)集右。将传统的雷达回波时延估计方法、快速傅里叶无损、快速、连续、精度高等优点，广泛应用于机场变换方法和参数化的子空

8、间方法应用到脱空检测跑道检测中，与传统的钻孔取芯、超声波检测和落锤式中，都不能识别如此微小的厚度。基于电磁波和地震弯沉仪相比具有明显的优势⋯【2]。层间脱空是一种常波的相似性，脱空厚度定量估计问题可以借鉴地震薄见的跑道隐性灾害，严重威胁跑道的飞行安全。由于层理论，其通常定义薄层的厚度小于八分之一主波长，脱空层很薄，厚度一般为5mm左右，目前探地雷达只道面脱空恰符合此条件可当作薄层处理。地震薄层层能对其定性分析，尚不能做出准确的厚度估计。因此，厚反演技术，