基于射線理論的探地雷達信號仿真方法.pdf

1、探地雷達(簡稱GPR)是一種高效的地下介質(zhì)無損檢測方法，它通過發(fā)射高頻電磁脈沖波，利用地下介質(zhì)電性參數(shù)的差異，根據(jù)回波的振幅、波形和頻率等運動學和動力學特征來分析和推斷介質(zhì)結(jié)構(gòu)和物性特征，具有探測速度快、非破壞性、分辨率高、可進行數(shù)據(jù)實時成像處理等優(yōu)點，在水文、工程、環(huán)境等領域已取得廣泛的應用。而探地雷達的數(shù)值模擬是整個雷達成像方法的關鍵。對雷達圖像作數(shù)值模擬，有助于加深對雷達反射剖面特征的認識，為實測雷達剖面的解釋提供依據(jù)，這也是探地

2、雷達技術中的一個難點。本文針對探地雷達的數(shù)值模擬問題進行了詳細研究，在射線理論的基礎上研究了用于探地雷達信號合成的射線追蹤數(shù)值計算方法，編制了相應的計算程序，進行了計算機仿真模擬，主要成果有： 在經(jīng)典最短路徑射線追蹤算法基礎上，提出了基于波前擴展的網(wǎng)絡射線追蹤方法。將節(jié)點慢度分布在計算單元格角點上，采用雙線性插值公式獲得任一點的慢度值，使模型更接近真實情況；推導了基于Fermat原理的旅行時插值公式，提高了算法的計算精度；針對算

3、法的計算效率問題，提出了基于最小二叉堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案，降低了算法的時間復雜度，提高了算法的計算效率；算法避免了直接采用Snell定律求解介質(zhì)反射面上反射點時的復雜計算過程，仿真實例表明基于波前擴展的網(wǎng)絡射線追蹤方法兼顧了精度和效率，適應性強，一次計算可以同時求出任意幾何形狀的同一反射面上所有的反射點，這是別的射線追蹤方法難以做到的。 提出了基于波前擴展射線追蹤的探地雷達數(shù)值模擬方法，解決了不規(guī)則反射面上的反射點及反射路徑確定