基于于希尔伯特-黄变换的探地雷达信号处理与分析

摘要

探地雷达的信号处理与其实际应用相比,发展的速度要缓慢得多。然而,探地雷达的信号处理及解释的水平又决定着探地雷达在应用领域中的有效性,就目前来说信号处理已经严重制约了探地雷达在实际应用的发展速度,因此加快探地雷达信号处理的发展势在必行。
　　 目前,探地雷达主要还是依据雷达原始剖面来对地下介质进行判断,但对于一些相对较弱或者含杂波较多的雷达信号,其中的异常信息就很难在原始剖面中直观的表现出来,因而仅仅利用原始剖面对异常信息来做解释就显得太过于单薄。本文首先从经验模态分解入手,利用经验模态分解的高通滤波特性,把雷达信号中的高频段信号与低频段信号进行分离,从而由原始信号中分离出深部的信息,使得原本不清晰的低频段信号凸显出来,同时,为了说明经验模态分解算法对含噪信号的适应性,文中还对含噪信号进行了分离处理。其次,引入希尔伯特变换提取出信号中的瞬时特征参数,达到从不同的角度反映地下异常体信息的目的,文中先用经验模态分解对雷达含噪信号进行处理,然后提取出信号的瞬时特征参数并形成剖面图,最终使得信号中的异常信息更清晰。
　　 在以上算法的基础上作者编写了相关的MATLAB实现程序,并把该程序应用于探地雷达正演合成的理论没模型和实测的探地雷达剖面中。由处理后的剖面图与原始剖面相比,明显取得了更好的雷达数据、更有效的噪声适应能力以及更高的分辨率。
　　 本文的研究还得到了国家自然科学基金项目“基于小波有限元探地雷达正演及偏移处理研究”、教育部博士点新教师基金资助项目、湖南省自然基金重点项目、湖南省科技计划项目“双频井地电位探测及解释技术研究”等科研项目的支持。