專利名稱：一種機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道鋼筋回波抑制及災(zāi)害目標(biāo)檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于探地雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道鋼筋回波抑制及災(zāi)害目標(biāo)檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
機(jī)場(chǎng)作為航空運(yùn)輸和城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是綜合交通運(yùn)輸體系的重要組成部分。經(jīng)過(guò)幾十年的建設(shè)和發(fā)展，我國(guó)民用航空業(yè)急速發(fā)展。旅客吞吐量和貨郵吞吐量的年平均增長(zhǎng)率都在20%以上。2020年布局規(guī)劃的民用機(jī)場(chǎng)總數(shù)將達(dá)到244個(gè)，其中新增機(jī)場(chǎng) 97個(gè)，此外還要擴(kuò)建許多機(jī)場(chǎng)?？梢灶A(yù)見，機(jī)場(chǎng)建設(shè)、改造與維護(hù)的工作量將會(huì)隨之急劇增大，如何保證又快又好地檢測(cè)施工質(zhì)量，提高養(yǎng)護(hù)水平，節(jié)約養(yǎng)護(hù)資金，目前已成為亟待探討和解決的問(wèn)題。其中機(jī)場(chǎng)道面是機(jī)場(chǎng)建設(shè)的核心工程，跑道質(zhì)量的好壞將會(huì)直接影響機(jī)場(chǎng)的總體水平與飛機(jī)的運(yùn)行條件。探地雷達(dá)(Ground Penetrating Radar, GPR)是一種通過(guò)利用地下介質(zhì)的不連續(xù)性來(lái)探測(cè)地下目標(biāo)的有效工具，其由置于地表或地上的發(fā)射天線向地下發(fā)射一超寬帶的電磁波，電磁波在地下傳播過(guò)程中遇到不同電性介質(zhì)界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射和折射，反射回來(lái)的電磁波由接收天線接收。根據(jù)接收的雷達(dá)回波波形、振幅和雙程時(shí)延等參數(shù)便可以推斷出地下目標(biāo)體的空間位置、結(jié)構(gòu)、電磁特性及幾何形態(tài)，從而達(dá)到探測(cè)地下結(jié)構(gòu)的目的。由于探地雷達(dá)具有探測(cè)速度快、探測(cè)過(guò)程連續(xù)、操作方便靈活、分辨率高、不損壞被探測(cè)目標(biāo)等特點(diǎn)，因此使其在國(guó)防、公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)建設(shè)、探礦、考古等方面得到了廣泛應(yīng)用。在不影響機(jī)場(chǎng)正常運(yùn)行并且不破壞道面原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用高科技的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是必然趨勢(shì)。開展機(jī)場(chǎng)道面無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究，將在控制機(jī)場(chǎng)道面施工質(zhì)量、深入認(rèn)識(shí)道面長(zhǎng)期使用性能、改善道面設(shè)計(jì)、優(yōu)化道面改建和擴(kuò)建方案及提高道面養(yǎng)護(hù)水平等方面具有重要的意義。用探地雷達(dá)進(jìn)行道面檢測(cè)操作簡(jiǎn)單，結(jié)果直觀精確，且能適應(yīng)規(guī)模大、 無(wú)破損、速度快、精度高的工程質(zhì)量檢測(cè)要求，因而在跑道檢測(cè)方面的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣。在機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道道面中加入鋼筋，可以提高道面的耐久性，降低維護(hù)費(fèi)用，與無(wú)筋混凝土道面相比具有較好的經(jīng)濟(jì)性；由于鋼筋的存在，減少了裂縫的數(shù)量，并使裂縫不能張開， 從而可以增大板的長(zhǎng)度和相應(yīng)地減少接縫的數(shù)量，改善了道面的使用品質(zhì)?？梢姡趫?chǎng)道道面中采用鋼筋加固是十分必要的。在機(jī)場(chǎng)跑道使用過(guò)程中，初期常見的隱性災(zāi)害主要有脫空和裂縫。脫空主要出現(xiàn)在面層和上基層的交界處，裂縫主要出現(xiàn)在面層，而加固的鋼筋主要位于面層的上部，所以鋼筋的強(qiáng)反射回波會(huì)嚴(yán)重影響甚至淹沒(méi)裂縫和空洞的反射回波，并且鋼筋與場(chǎng)道各層介面的多次反射回波也會(huì)嚴(yán)重影響場(chǎng)道災(zāi)害目標(biāo)的檢測(cè)，所以有效地抑制鋼筋的強(qiáng)反射回波對(duì)災(zāi)害目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)是十分關(guān)鍵的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種直觀且處理步驟簡(jiǎn)單的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道鋼筋回波抑制及災(zāi)害目標(biāo)檢測(cè)方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道鋼筋回波抑制及災(zāi)害目標(biāo)檢測(cè)方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟(1)將探地雷達(dá)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以提取出鋼筋及災(zāi)害目標(biāo)反射回波；(2)根據(jù)上述預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，選取合適的時(shí)變?cè)鲆鏁r(shí)窗，對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波， 抑制B-Scan數(shù)據(jù)中鋼筋一次回波；(3)對(duì)步驟(2)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段均衡，進(jìn)一步抑制鋼筋與各分界面的多次反射回波；(4)對(duì)步驟(3)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行S變換，根據(jù)變換結(jié)果判斷出災(zāi)害目標(biāo)位置。所述的步驟(1)中回波信號(hào)的預(yù)處理方法是首先去除探地雷達(dá)接收到的回波信號(hào)中收發(fā)天線間的直接耦合波，然后去除機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道下各層媒質(zhì)表面反射回波。所述的去除機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道下各層媒質(zhì)表面反射回波方法是首先對(duì)接收回波進(jìn)行非一致性檢測(cè)，然后濾除非一致性部分回波，選取一致性部分回波作為背景回波進(jìn)行濾除。所述的步驟(3)中對(duì)步驟(2)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段均衡的方法是首先計(jì)算步驟 (2)得到的數(shù)據(jù)中所有雷達(dá)測(cè)試線在同一時(shí)間采樣點(diǎn)的平均值，根據(jù)災(zāi)害目標(biāo)的特性合理選取數(shù)據(jù)分段點(diǎn)數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)時(shí)間維分段，局部搜索每段數(shù)據(jù)中的最大及最小值，得到差值矢量，對(duì)每段數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡。所述的步驟(4)中S變換的方法是首先選取步驟(3)得到的數(shù)據(jù)中一道A-Scan 數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間頻率維S變換，根據(jù)S變換結(jié)果選取時(shí)間分辨率較高的頻率段，對(duì)該頻率段中的每一頻點(diǎn)做B-Scan數(shù)據(jù)的時(shí)間距離維S變換，將該頻率段中所有頻點(diǎn)的S變換數(shù)據(jù)疊加，最后根據(jù)疊加結(jié)果判斷出災(zāi)害目標(biāo)的位置。本發(fā)明提供的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道鋼筋回波抑制及災(zāi)害目標(biāo)檢測(cè)方法能在災(zāi)害目標(biāo)回波信號(hào)被鋼筋強(qiáng)反射多次回波信號(hào)淹沒(méi)的情況下，有效抑制鋼筋回波對(duì)災(zāi)害目標(biāo)的影響，達(dá)到檢測(cè)災(zāi)害目標(biāo)空間位置的目的，且該方法直觀，步驟簡(jiǎn)單，便于操作。


圖1為本發(fā)明提供的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道鋼筋回波抑制及災(zāi)害目標(biāo)檢測(cè)方法流程圖。圖2為本發(fā)明中所采用的機(jī)場(chǎng)道面仿真數(shù)據(jù)原始幾何模型圖。圖3為本發(fā)明中探地雷達(dá)實(shí)際接收到的二維B-Scan回波數(shù)據(jù)圖。圖4為本發(fā)明中利用非一致性檢測(cè)濾除背景后的目標(biāo)反射回波圖。圖5為本發(fā)明中時(shí)變?cè)鲆鏁r(shí)窗示意圖。圖6為本發(fā)明中鋼筋回波粗抑制后B-Scan數(shù)據(jù)圖。圖7為本發(fā)明中分段均衡后B-Scan數(shù)據(jù)圖。圖8為本發(fā)明中選取的均衡濾波后數(shù)據(jù)的任意一道采集數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行S變換的時(shí)頻分析圖。圖9為B-Scan數(shù)據(jù)S變換時(shí)間距離圖。圖10為不進(jìn)行分段均衡處理結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，下面參照附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道鋼筋回波抑制及災(zāi)害目標(biāo)檢測(cè)方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明提供的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道鋼筋回波抑制及災(zāi)害目標(biāo)檢測(cè)方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟(1)將探地雷達(dá)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以提取出鋼筋及災(zāi)害目標(biāo)反射回波；首先去除探地雷達(dá)接收到的回波信號(hào)中收發(fā)天線間的直接耦合波將雷達(dá)天線對(duì)準(zhǔn)開闊無(wú)物體的空間，或?qū)⑻炀€置于暗室內(nèi)，錄取對(duì)空信號(hào)，此信號(hào)可以近似為直接耦合信號(hào)，再將雷達(dá)接收回波減去此直接耦合信號(hào)即有效去除了直接耦合波。然后去除機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道下各層媒質(zhì)表面反射回波先對(duì)已去除直接耦合波的B-Scan 信號(hào)在時(shí)間維進(jìn)行非一致性檢測(cè)，檢測(cè)到的非一致性部分即為有目標(biāo)反射信號(hào)，將其濾除， 一致性部分回波即為各層媒質(zhì)表面強(qiáng)反射回波，選取此部分A-Scan回波信號(hào)作為背景回波，將每一道雷達(dá)接收回波A-Scan信號(hào)減去背景回波A-scan信號(hào)即可以有效去除各層媒質(zhì)表面反射回波。(2)根據(jù)上述預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，選取合適的時(shí)變?cè)鲆鏁r(shí)窗，對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波， 抑制B-Scan數(shù)據(jù)中鋼筋一次回波；根據(jù)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道先驗(yàn)知識(shí)及接收數(shù)據(jù)，選擇時(shí)變?cè)鲆鏁r(shí)窗，抑制鋼筋一次強(qiáng)反射回波時(shí)間窗內(nèi)數(shù)據(jù)，增強(qiáng)需要觀察的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道面層及基層時(shí)間窗內(nèi)數(shù)據(jù)，抑制不需要觀察的場(chǎng)道底部數(shù)據(jù)，即選擇需要觀察的數(shù)據(jù)予以增強(qiáng)，不需要觀察的數(shù)據(jù)予以抑制，對(duì)鋼筋的一次反射回波進(jìn)行粗抑制。(3)對(duì)步驟(2)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段均衡，進(jìn)一步抑制鋼筋與各分界面的多次反射回波；如果某一深度存在目標(biāo)，則此深度目標(biāo)所在位置必與同一深度其他位置的回波有差異且強(qiáng)金屬對(duì)各層表面反射回波較規(guī)律，所以也對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行分段處理。計(jì)算步驟⑵得到的數(shù)據(jù)中所有雷達(dá)測(cè)試線j = 1,2, -J在第i個(gè)采樣點(diǎn)的平均值
權(quán)利要求
1.一種機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道鋼筋回波抑制及災(zāi)害目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于所述的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道鋼筋回波抑制方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟(1)將探地雷達(dá)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以提取出鋼筋及災(zāi)害目標(biāo)反射回波；(2)根據(jù)上述預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，選取合適的時(shí)變?cè)鲆鏁r(shí)窗，對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，抑制 B-Scan數(shù)據(jù)中鋼筋一次回波；(3)對(duì)步驟(2)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段均衡，進(jìn)一步抑制鋼筋與各分界面的多次反射回波；(4)對(duì)步驟(3)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行S變換，根據(jù)變換結(jié)果判斷出災(zāi)害目標(biāo)位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道鋼筋回波抑制及災(zāi)害目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于 所述的步驟(1)中回波信號(hào)的預(yù)處理方法是首先去除探地雷達(dá)接收到的回波信號(hào)中收發(fā)天線間的直接耦合波，然后去除機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道下各層媒質(zhì)表面反射回波。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道鋼筋回波抑制及災(zāi)害目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于 所述的去除機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道下各層媒質(zhì)表面反射回波方法是首先對(duì)接收回波進(jìn)行非一致性檢測(cè)，然后濾除非一致性部分回波，選取一致性部分回波作為背景回波進(jìn)行濾除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道鋼筋回波抑制及災(zāi)害目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于 所述的步驟(3)中對(duì)步驟(2)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段均衡的方法是首先計(jì)算步驟(2)得到的數(shù)據(jù)中所有雷達(dá)測(cè)試線在同一時(shí)間采樣點(diǎn)的平均值，根據(jù)災(zāi)害目標(biāo)的特性合理選取數(shù)據(jù)分段點(diǎn)數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)時(shí)間維分段，局部搜索每段數(shù)據(jù)中的最大及最小值，得到差值矢量，對(duì)每段數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道鋼筋回波抑制及災(zāi)害目標(biāo)檢測(cè)方法，其特征在于 所述的步驟(4)中S變換的方法是首先選取步驟(3)得到的數(shù)據(jù)中一道A-Scan數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間頻率維S變換，根據(jù)S變換結(jié)果選取時(shí)間分辨率較高的頻率段，對(duì)該頻率段中的每一頻點(diǎn)做B-Scan數(shù)據(jù)的時(shí)間距離維S變換，將該頻率段中所有頻點(diǎn)的S變換數(shù)據(jù)疊加，最后根據(jù)疊加結(jié)果判斷出災(zāi)害目標(biāo)的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道鋼筋回波抑制及災(zāi)害目標(biāo)檢測(cè)方法。該方法是首先根據(jù)探地雷達(dá)B-Scan接收數(shù)據(jù)及機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道先驗(yàn)知識(shí)，利用時(shí)變?cè)鲆鏁r(shí)窗對(duì)鋼筋反射一次回波進(jìn)行粗抑制，然后對(duì)該數(shù)據(jù)在時(shí)間維進(jìn)行分段均衡，以濾除鋼筋在機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道下各層分界面的多次反射回波，再利用S變換時(shí)頻分析方法顯示場(chǎng)道下災(zāi)害目標(biāo)的空間位置。本發(fā)明能在災(zāi)害目標(biāo)回波信號(hào)被鋼筋強(qiáng)反射多次回波信號(hào)淹沒(méi)的情況下，有效抑制鋼筋回波對(duì)災(zāi)害目標(biāo)的影響，達(dá)到檢測(cè)災(zāi)害目標(biāo)空間位置的目的。
文檔編號(hào)G01S7/41GK102495404SQ20111043112
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者何煒琨, 劉家學(xué), 吳仁彪, 曹蕓茜 申請(qǐng)人:中國(guó)民航大學(xué)