[发明专利]一种用于提高地质雷达信号分辨率的方法

说明书

本公开揭示了一种用于提高地质雷达信号分辨率的信号处理方法，所述方法在连续小波变换域内自适应的拓展地质雷达信号的频率，以得到高分辨率的拓频信号。首先采用基于地质雷达信号的频谱分析，确定各拓频频段和相应的加权系数，然后对地质雷达信号进行连续小波变换，得到相应的时间‑尺度(频率)分布，根据频率和小波尺度的换算关系，对相应尺度范围内的小波变换系数进行加权，最后基于加权的连续小波变换，重构对应的拓频信号，达到提高地质雷达信号分辨率的目的。所述方法能够为隧道衬砌和铁路路基检测提供高分辨率地质雷达数据，从而增加后续检测的准确性。

技术领域

本发明属于地质雷达领域，特别涉及一种用于提高地质雷达信号分辨率的高分辨处理方法。

背景技术

利用地质雷达(Ground-penetrating Radar，GPR)进行探测时，发射天线发射电磁波在介质中传播，经过存在电性差异的介质体或者界面时会产生反射信号，该反射信号被设置于检测表层的接收天线接收。通过分析该接收信号实现对介质内部分布规律的分析。地质雷达探测具有超浅层勘探的独特优势，是一种快速的高分辨率无损检测方法，在隧道以及铁路路基检测中具有广泛的应用。但是，受到介质耗散等因素的影响，电磁波在传播过程中会出现频率降低，幅度衰减等问题，使得接收信号的分辨率降低，从而影响后续的异常检测。目前用于提高地质雷达信号分辨率的方法主要有

现有技术1：谱白化类方法

(1)计算每个A-scan的一维傅里叶变换，得到信号的振幅谱和相位谱；

(2)在信号的有效频宽范围内，设定若干个带通滤波器，将幅度谱分为若干个子带；

(3)计算每个子带内的信号振幅谱加权系数，将每个子带内的信号谱乘以对应的子带加权系数，得到拓频后的频谱；

(4)基于拓频后的频谱，计算其一维傅里叶反变换，得到拓频后的A-scan信号；

该类方法还可以在时间域进行能量均衡。

现有技术1的缺点：

1)该类方法在提高地质雷达数据分辨率的同时，也放大了信号中的随机噪声；

2)人为设定各拓频子带宽度，没有统一的设置规则，易造成不同设置参数的拓频效果差异较大；

现有技术2：反褶积方法

(1)提取地质雷达信号子波表达式；

对每一个反射时间点进行如下操作：

(2)基于子波表达式，构造自相关矩阵；

(3)对自相关矩阵进行奇异值分解，并计算加权系数向量；

(4)计算加权系数向量与观测时间序列的内积得到该时间点的反射强度；

上述为时间域反褶积处理流程，还可以根据卷积定理，将时间域反褶积流程推广到频率域进行反褶积处理。

现有技术2的缺点：

1)地质雷达子波信号难以准确提取，因此影响后续的反射强度计算；

2)通常地质雷达数据中含有较强的随机噪声，这也使得反褶积效果受到影响。

发明内容

基于此，本公开揭示了一种用于提高地质雷达信号分辨率的信号处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S100、对多道A-scan信号进行一维傅里叶变换，并在A-scan信号的有效频带宽度内确定A-scan信号的基础频段和各拓频频段；

S200、计算A-scan信号各拓频频段的加权系数；