[发明专利]一种基于探地雷达的地下管线参数自识别方法

说明书

技术领域

本发明属于探地雷达地下目标识别的技术领域，涉及一种基于探地雷达的地下管线参数的自识别方法，该方法通过处理由介质不连续处散射回来的高频脉冲电磁波，达到检测地下管线目标，并对其位置、尺寸等信息进行自识别的目的。

背景技术

地质雷达是通过发射高频脉冲电磁波进行地下目标探测的技术方法。电磁波的产生及其传播规律是进行地质雷达数据处理及解释的研究基础。电磁波是通过变化的电场与变化的磁场相互激发在介质中进行传播并形成电磁场。介质中（尤其是土壤中）电磁场、电磁波的传播——波速、衰减、反射与折射的理论是地质雷达探测检测的理论基础。

地质雷达是一种快速、高效、无损探测的物探方法。常用的雷达探测方法主要以反射式探测和透射式探测这两种。反射式雷达探测原理：反射探测是雷达的发射天线和接收天线都放置于被测介质表面，通过向介质中发射高频宽带电磁波脉冲信号，并接收介质中有差异地方所反射回的电磁波信号实现探测的过程。本发明专利就是基于该探测原理开展的。

发明内容

本发明的目的是对浅层地下管线目标实现自识别，提供目标的定位及管径等信息。

本发明提出了一种基于反射回波的浅层地下管线目标探测预处理技术。由于地表的强反射回波、设备天线间的耦合、媒质内电导率的不均匀及其中大尺寸颗粒的反射等杂波信号的存在，使得管径等目标反射信号不明显，因此对回波信号进行预处理，从中滤除背景噪声及各类杂波信号对于后续的目标检测和目标识别非常关键，预处理技术包括：零偏矫正、数字滤波、小波软阈值去噪、测线间去均值、SVD变换分离背景和目标信号等。

本发明还给出了一种类双曲线的检测技术，该技术采用小波模极大值方法（但不局限于此，还可用方向算子、梯度算子、canny算子及Sobel等方法进行）对预处理后雷达剖面进行边缘提取，在得到类双曲线同时，最大的保留了有用信号，实现了对不连续的双曲线进行自适应拾取、检测，并采用线连接方法将较近的类双曲线相连，得到连续的双曲线。

本发明还给出了一种基于波动反射理论的目标定位、管径尺寸及介质速度的计算方法，该方法利用已知的接收天线位置和到达时间等信息，计算出目标的位置、管径尺寸及介质速度等参数，作为初始参考值，计算方法参照下面的公式（2）。

本发明还给出了一种空间散射点真实位置的反演方法，由于读取误差的存在，利用公式(2)提取的参数与实际值存在一定误差，只能作为反演计算的初始值，对速度在一定范围内进行扫描，反演出各扫描参数对应的散射点位置，当参数值与真实值一致时，反演出的散射点位置组合成真实的管线外壁。

本发明还给出了一种基于Hough变换的圆检测技术，结合峰值检测技术，得到管线目标位置及管径等参数的最佳值：当参数值与真实值一致时，反演出的曲线形状最接近于真实的管线外壁，也最类似于圆，而其他情况则类似于椭圆或双曲线，以反演的结果作为Hough的输入时，当曲线越接近于圆时，参数域中的‘亮点’值越大，通过峰值检测技术，在速度扫描范围内，找到最大值，并将该值对应的速度值记录为介质速度的估计值，从而对应得到管线的目标位置及管径等参数。

本发明的特征在于，同时对预处理后的剖面进行边缘提取，在消除杂波的基础上，最大限度的保留了原始剖面中的目标双曲线边缘信号。

本发明的特征在于，给出了一种基于波动反射理论的目标定位、管径及介质速度的计算方法，结合多个已知接收信号的到达时间和接收天线位置进行运算，即可计算出目标的位置、管径的尺寸以及介质的速度等参数，无需已知介质的传输速度，计算方法见公式（2），由于并对参数在一定的范围内进行扫描计算，反演出一定参数范围内的类双曲线上信号对应空间真实散射点的位置范围，由于读取误差的存在，利用公式(2)提取的参数与实际值存在一定误差，只能作为反演计算的初始值。

本发明的特征在于，以基于波动反射理论的计算结果为参考值，给出了目标真实散射点的反演方法，计算方法见公式（3），对速度在一定范围内进行扫描时，反演出各扫描参数对应的散射点位置，当参数值与真实值一致时，反演出的散射点位置可以组合成真实的管线外壁。

本发明的特征在于，以速度扫描范围内的反演结果作为Hough变换圆检测的输入时，只有当参数值与真实值一致时，反演出的曲线形状才最接近于圆，而其他情况则类似于椭圆或双曲线，曲线越接近于圆时，参数域中的‘亮点’积累的值越大，通过峰值检测技术，可以得到管线目标位置及管径等参数的最佳估计值，检测结果误差小，可信度高。

为了达到上述目的，本发明采取的步骤如下：

1）利用对接收的雷达剖面进行预处理；