探地雷达信号时频特征研究

摘要

时频分析是近年来现代信号处理研究的一个热点，它为时变非平稳信号的分析提供了有力工具。这种分析方法提供了时间域与频率域的联合分布信息，因而可以清楚地描述非平稳信号频率成分随时间变化的关系。探地雷达是以地下不同介质电性差异为物理前提的一种无损探测技术，具有快速便捷、操作简单、探测分辨率高、抗干扰和场地适应能力强等方面的优势，被广泛应用于国民经济建设和军事领域。探地雷达信号是典型的非平稳信号，时频分析成为探地雷达信号处理的有力工具。
　　 本文介绍了短时傅立叶变换，小波变换，双线性变换，S变换和广义S变换几种常见的时频分析方法，比较了它们的优缺点和时频分辨率，重点讨论了S变换的基本原理，指出S变换与短时傅立叶变换和小波变换之间的内在联系。目前关于物体探地雷达信号的时频处理，主要集中在通过时频分析方法去除干扰波和噪声，提高剖面信噪比和分辨率，对物体进行检测和定位，或者进一步提取统计特征量对物体进行识别和归类，且以地雷的探测研究居多，而对探地雷达目标信号的时频特征还鲜有研究。
　　 本文将以小物体和楔形薄层为研究对象，利用广义S变换，探索目标体几何参数、电性参数(介电常数和电导率)变化时探地雷达信号时域和时频域特征的变化规律，建立时频属性与目标体相关参数间定性或定量关系，从而在时频域对探地雷达信号进行解释。