基于偏移和反褶积的探地雷达图像处理正演模拟

张 博 刘斯坦

河南省交通运输厅高速公路洛阳管理处（450000）

基于偏移和反褶积的探地雷达图像处理正演模拟

张 博 刘斯坦

河南省交通运输厅高速公路洛阳管理处（450000）

文章通过软件建立了钢筋混凝土道路空洞模型，基于软件编制了预测反褶积程序对雷达数据图像进行处理，可有效的压制钢筋所产生的干扰，能较为准确的识别道路中的空洞及异常信号。

空洞；反褶积；异常信号

近年来，城市道路出现不同程度的路面塌陷，国内各个城市对地下空洞和道路塌陷问题的重视程度越来越高。地质雷达检测技术具有高效率、高精度、灵活的工作方式，能较为准确的推断被测目标体内部介质的结构和分布特征，但由于电磁波受环境干扰影响大，检测结果图像解释存在较大不确定性，缺乏对地下空洞异常波形的识别技术。因此，提高图像处理与目标识别研究无疑具有重要的理论意义和实际应用价值。

1 基于偏移及反褶积的基本原理

偏移处理就是将倾斜界面产生的畸变的像和点状绕射体产生的绕射波，归位到产生它们的电性界面上。F-K偏移方法是在频率-波数域进行的，先对波动方程进行傅里叶变换，在频率-波数域进行偏移归位处理，根据定解条件求得上行波的延拓结果,再通过反傅里叶变换将波场还原到时间空间域。

预测反褶积消除多次波实际上是一个反滤波问题。它根据雷达记录中一次波信号的过去值x(t-1)、x(t-2)、…、x(t-m)和现在值 x(t)，设计预测因子，对多次波进行预测。预测反褶积对反射脉冲或地震子波有着明显的压缩作用，它可以将原来长度为n的地震子波，压缩为长度为a-1的窄脉冲。特别是预测步长很小的时候，地震子波将发生明显的压缩。如果预测步长a=1，则地震子波冲将被压缩为尖脉冲。

2 预测反褶积程序编制

针对反褶积方法编制的程序来对已知的雷达数据矩阵进行处理。已知雷达数据矩阵，其中是此矩阵的行数，是列数；反褶积相关参数，其中是预测算子长度，要求小于整条长的一半；是预测步长，要小于；是白噪系数。利用的程序定义输出反褶积运算结果矩阵是。

3 基于偏移及反褶积的程序处理雷达正演模拟

为使用此反褶积的程序压制雷达图像中的多次波，我们做如图1所示的含有两层钢筋的混凝土道路中空洞模型。模型中混凝土的相对介电常数取，电导率取，磁导率为，模型大小为，网格划分为，时窗取。模型中两层钢筋的间距为，中间空洞大小为，其他两个空洞大小为。

图1 反褶积所用正演模拟模型图

图2 未经处理的正演模拟结果图

图3 经处理后的雷达正演图像

由图2可知，虽然我们能大概分辨出3个空洞的位置，中间空洞的多次波对其他的两个空洞的识别有很大影响，两层钢筋的多次波对识别的干扰非常大，第二层钢筋的位置不容易分辨出来，还存在噪声及其他的异常物的影响。为此，使用偏移及反褶积的程序处理图像，处理结果如图3所示，钢筋多次波被明显的压制，三个空洞的反射异常的明显，中间空洞的多次波被压制，第二层钢筋的位置清晰可见。因此，使用偏移及反褶积的程序处理后的雷达图像能较为准确的识别道路中的空洞及异常信号。

4 结论

未经偏移及反褶积程序处理混凝土道路雷达正演模拟图像中两层钢筋的多次波对其他的两个空洞的识别有很大影响，且第二层钢筋的位置不容易分辨出来；经处理后的混凝土道路雷达正演模拟图像中，钢筋多次波被明显的压制，道路内部空洞的反射异常的明显，第二层钢筋的位置清晰可见。因此，此方法能较为准确的识别道路中的空洞及异常信号。

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