探地雷达对路基下沉检测研究

摘要

我国公路覆盖面积广，由于公路长期暴露在自然环境中，经受阳光、雨雪侵蚀，受地壳运动影响，承载重型汽车，久而久之，公路易骤然坍塌威胁国家的经济与人民的财产安全。因此，公路检测是研究的热门话题。探地雷达因其具有高分辨率、实时性强等优点广泛的应用于公路检测中，但是较多的检测仅以B扫回波分析路面下的异常状况，使得实际工程应用中往往存在探测准确性不高的问题。本文在实验室团队已取得的科研成果及现有实验平台的基础上，针对公路路基下沉中出现的两种情况进行检测，其一为引起路基下沉空洞与积水的检测，其二为路基中介质整体下沉的检测。主要工作概括如下：
　　研究了时间反转算法对引起路基下沉的空洞和积水的检测。根据时间反转算法基本概念，首先选取适当的格林函数，进而通过电磁波在多层介质下的多次反射与透射理论提出了格林函数的修正方法，再对探地雷达采集的原始数据进行预处理，以增强目标分辨率，最后利用BP成像算法对预处理后的数据进行成像，实现对路基中空洞与积水的检测。仿真与实测结果证明经由时间反转算法预处理数据后的成像结果更能准确的定位路基下沉中空洞与积水的位置。
　　研究了逆散射序列算法对路基整体下沉的检测。电磁波会在介电差异的位置发生反射，首先通过定义扰动因子，利用探地雷达采集的回波数据与自由空间的格林函数对扰动因子进行求解。同时，由于公路建造分层材料已知的特点，提出了逆散射序列的修正方法。在实测实验中，介电常数的测量是修正逆散射序列的关键，分别利用经验公式与电磁方法对实验环境中的介电常数进行了计算与测量。仿真与实测结果证明，逆散射序列算法与修正逆散射序列算法都可以定位路基下沉界面位置，同时后者定位更加准确。

目录

第一章 绪论

§1.1研究背景与意义

§1.2国内外研究现状

§1.3本文的主要工作

第二章 探地雷达与路基下沉检测算法原理

§2.1引言

§2.2电磁场基本规律

§2.3探地雷达原理

§2.4时间反转算法理论

§2.5逆散射序列算法原理

§2.6本章小结

第三章 基于时间反转的路基下沉中空洞与积水检测

§3.1 引言

§3.2 电磁波在分层介质中的反射与透射

§3.3 时间反转算法中格林函数的计算与修正

§3.4算法实现步骤

§3.5空洞与积水检测的仿真验证

§3.6空洞与积水检测的实测验证

§3.7本章小结

第四章 基于逆散射序列的路基整体下沉检测

§4.1 引言

§4.2逆散射序列算法在电磁场中的应用

§4.3 介电常数的计算与测量

§4.4逆散射序列对路基下沉仿真与实测

§4.5修正逆散射序列对路基下沉检测的仿真与实测

§4.6 本章小结

第五章 结束语

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要研究成果