[发明专利]一种探地雷达快速探测道路工程混凝土垫层厚度分析方法

摘要

本发明属于探地雷达测量技术领域，公开了一种探地雷达快速探测道路工程混凝土垫层厚度分析系统及分析方法，探地雷达快速探测道路工程混凝土垫层厚度分析系统包括：参数设置模块、数据采集模块、主控模块、数据去噪模块、厚度测量模块、建模模块、数据存储模块、显示模块。本发明通过数据去噪模块将达到自动去除相干噪声的目的，避免了基于SVD分解方法需要人为判断奇异值的麻烦，直接根据均方根高参数来判断奇异值，既准确又省时；同时通过建模模块能够准确模拟出雷达信号在分层媒质中的传播过程，该模型的适用范围覆盖远场和近场，为利用探地雷达对分层媒质的特性进行准确的检测提供了有力的理论模型。

主权项

1.一种探地雷达快速探测道路工程混凝土垫层厚度分析方法，其特征在于，所述探地雷达快速探测道路工程混凝土垫层厚度分析方法包括：通过数据采集模块采用剖面法探测项目区道路工程雷达图像，通过现场道路取芯情况对电磁波速度进行修正，得到特定配比下的混凝土的电磁波速度为v2数据；具体包括：1)探测的项目区道路工程雷达图像时频重叠MASK的信号模型为：其中，N为时频重叠信号的信号分量个数，n(t)是加性高斯白噪声，s_i(t)为时频重叠信号的信号分量，表示为式中A_i表示信号分量的幅度，a_i(m)表示信号分量的码元符号，p(t)表示成型滤波函数，T_i表示信号分量的码元周期，f_ci表示信号分量的载波频率，表示信号分量的相位；对进行非线性变换，得到：y(t)为：y(t)＝x(t)+n(t)；其中，x(t)为数字调制信号，n(t)为服从标准SαS分布的脉冲噪声，x(t)的解析形式表示为：其中，N为采样点数，a_n为发送的信息符号，在MASK信号中，a_n＝0，1，2，…，M‑1，M为调制阶数，a_n＝e^j2πε/M，ε＝0,1,2,…,M‑1，g(t)表示矩形成型脉冲，T_b表示符号周期，f_c表示载波频率，载波初始相位是在[0,2π]内均匀分布的随机数；2)构造n个信号的多径空间为：Xref＝[Xref1 Xref2...Xrefn]；其中，Q为采样点数，K为最大时延，由最大探测距离R_max/c得到，其中x_reci(t)为参考信号，R_max为最大探测距离，c为光速；3)然后利用最小二乘法原理抑制直达波及其多径，将求min||S_sur‑X_ref·α||²转化为求得出：代入α_estim，解得：其中，S_sur为回波通道信号，α为自适应权值，α_estim为α的估计值，为X_ref的转置，S_other为回波通道中最终所剩的回波和噪声；主控模块通过数据去噪模块对探地雷达数据进行去噪处理；通过厚度测量模块在EKKO‑Project软件中通过增益减益处理分清项目区道路的表层与垫层，测量在电磁波速度v2下的道路平整度与混凝土垫层厚度h；混凝土垫层厚度h的数据测量中，需对厚度h误差参数进行处理，具体包括：利用傅里叶逆变换，将频域测得的散射参数变换到时域，得到时域冲击响应，反射参数对应时域反射响应，传输参数对应时域传输响应；根据反射响应和传输响应中前两个脉冲在时间轴上的位置，分别构造四个时域选通函数；利用选通函数，对时域的反射响应和传输响应进行选通，分别提取出反射响应和传输响应中的前两个脉冲；将时域选通后的时域脉冲分别通过傅里叶变换，得到频域选通数据；频域选通数据中包含EKKO‑Project软件中被测混凝土垫层的信息，利用得到的信息，根据公式构造补偿因子Fcf(i)；利用下面的公式，构造补偿因子Fcf(i)：(i＝1,2…)G1(i)～G4(i)是在上步中得到的频域选通数据；R(i)是比率因子；Fcf(i)补偿因子；利用遮蔽补偿公式，得到没有遮蔽误差的反射参数FS11(i)和传输参数FS21(i)；通过建模模块构建探地雷达系统的模型；通过数据存储模块存储探地雷达测量的数据信息。