超宽带地表穿透成像雷达 [Ultrawideband Ground Penetrating Imaging Radar] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周智敏，金添 等 著

图书标签:

• 地表穿透雷达
• 超宽带
• GPR
• 成像
• 雷达遥感
• 地下探测
• 无损检测
• 地球物理勘探
• 信号处理
• 电磁波传播

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118085587

版次：1

商品编码：11243855

包装：精装

外文名称：Ultrawideband Ground Penetrating Imaging Radar

开本：16开

出版时间：2013-03-01

用纸：胶版纸

页数：247

正文语种：中文

内容简介

　　《超宽带地表穿透成像雷达》在总结超宽带地表穿透成像雷达系统发展现状的基础上，对合成孔径和虚拟孔径成像方法、浅地表成像处理与干扰抑制、地雷目标特征提取与检测鉴别等方面的内容进行了详细介绍，针对若干问题提出了许多新方法，并在实际应用中得到了检验。
　　《超宽带地表穿透成像雷达》可供从事雷达系统技术、雷达信号与信息处理工作的科研人员、大专院校高年级学生或研究生阅读。

作者简介

　　周智敏，博士，国防科技大学电子科学与工程学院教授。中国电子学会高级会员，中国电子学会无线电定位技术分会副主任委员，中国电子学会空间电子学分会委员，中国宇航学会湖南省宇航学会副理事长，《雷达科学与技术》期刊编委，《先进雷达探测技术》期刊编委，《现代雷达》理事会常务理事，国防科技大学科技委委员，国家科学技术奖评审专家，全军武器装备科技奖评审委员。发表学术论文百余篇。获全国优秀科技工作者荣誉称号。获中国人民解放军杰出专业技术人才奖，获军队院校育才奖金奖。享受国务院特殊津贴。主要研究方向为新体制雷达技术，主持完成了多项国防科研课题，获国家科技进步奖、军队科技进步奖共10余项。金添，博士，国防科技大学电子科学与工程学院副教授。2009年全国优秀博士学位论文获得者，入选2010年度教育部新世纪优秀人才支持计划，“信号处理与分析”国家精品课程主讲教师，信号处理系列课程国家级教学团队主要成员。长期从事新体制雷达系统、雷达成像与目标识别、现代信号处理等方面的科研和教学工作。己出版专著1部，发表学术论文100余篇，其中SCI检索21篇、EI检索79篇。获军队科技进步一等奖1项、二等奖1项。曾担任2009年亚太合成孔径雷达（APSAR）国际会议、201 1年CIE国际雷达会议分会主席。

目录

第1章 概述
1.1 超宽带地表穿透成像雷达发展现状
1.1.1 研究背景及意义
1.1.2 工作模式
1.1.3 典型系统
1.2 超宽带地表穿透成像雷达信息处理关键技术
1.2.1 信息处理流程简介
1.2.2 成像算法研究现状
1.2.3 成像误差校正和图像增强技术研究现状
1.2.4 浅埋目标检测与鉴别技术研究现状
参考文献

第2章 超宽带合成孔径成像技术
2.1 合成孔径成像算法概述
2.2 后向投影算法及其快速实现
2.2.1 传统后向投影算法及其运动补偿
2.2.2 索引快速后向投影算法
2.2.3 基于因式分解的快速后向投影算法
2.3 基于快速后向投影算法的运动补偿方法
2.3.1 非均匀孔径下的多级多分辨因式分解快速后向投影
2.3.2 二维误差下的运动补偿
2.3.3 任意曲线孔径的因式分解快速后向投影算法
2.4 圆迹合成孔径三维成像算法
2.4.1 圆迹合成孔径成像模型
2.4.2 时域圆迹孔径成像算法
2.4.3 波数域圆迹孔径成像算法
2.4.4 仿真结果
2.5 本章小结
参考文献

第3章 超宽带虚拟孔径成像技术
3.1 虚拟孔径天线配置技术
3.1.1 恒速双站合成孔径雷达模型的距离特性分析
3.1.2 车载前视地表穿透虚拟孔径雷达的回波特性分析
3.1.3 车载前视地表穿透虚拟孔径雷达的图像特性分析
3.1.4 车载前视地表穿透虚拟孔径雷达的等效单站合成孔径雷达模型
3.2 虚拟孔径后向投影算法及其快速实现
3.2.1 虚拟孔径后向投影算法原理
3.2.2 虚拟孔径快速后向投影算法原理
3.2.3 虚拟孔径快速后向投影算法的性能评估
3.3 平面孔径三维成像算法
3.3.1 平面孔径三维成像算法原理
3.3.2 基于平面孔径的原始三维后向投影算法
3.3.3 平面孔径三维因式分解快速后向投影算法
3.4 三维图像超分辨技术
3.4.1 三维欠秩稳健卡彭滤波器组原理
3.4.2 三维欠秩稳健卡彭滤波器组与级联欠秩稳健卡彭滤波器组算法对比分析
3.4.3 三维欠秩稳健卡彭滤波器组与三维自适应旁瓣抑制技术三维正弦幅度相位估计算法对比分析
3.5 本章小结
参考文献

第4章 浅埋目标成像算法及干扰抑制技术
4.1 浅埋目标回波畸变及其对成像的影响
4.1.1 折射和色散引起的浅埋目标回波畸变定量分析
4.1.2 折射和色散对浅埋目标聚焦和定位的影响
4.2 土壤折射和色散影响校正方法
4.2.1 回波域校正方法
4.2.2 图像域校正方法
4.3 射频干扰抑制技术
4.3.1 射频干扰抑制方法概述
4.3.2 射频干扰信号二维频域支撑区特性
4.3.3 自适应射频干扰抑制滤波器设计
4.4 基于多视处理的相干斑噪声抑制技术
4.4.1 不同俯视角成像平面的畸变关系分析
4.4.2 浅埋目标不同俯视角多视图像的配准方法
4.4.3 相干斑噪声抑制处理结果
4.5 虚拟孔径多通道校正技术
4.5.1 多通道系统的误差分析
4.5.2 基于定标物的通道误差校正方法
4.6 本章小结
参考文献

第5章 地雷目标电磁建模和特征提取技术
5.1 半空间目标电磁建模方法概述
5.1.1 电磁散射计算方法
5.2.2 埋地目标电磁散射计算方法研究现状
5.2 基于矩量法的地雷目标电磁建模
5.2.1 矩量法基本原理
5.2.2 金属地雷积分方程的建立
5.2.3 离散化和取样检验过程
5.2.4 Sommerfeld积分的计算
5.2.5 阻抗矩阵中奇异性积分的计算
5.2.6 电磁建模结果分析
5.3 基于物理光学法的地雷目标电磁建模
5.3.1 基于物理光学法的浅埋金属地雷一维回波解析表达式
5.3.2 浅埋金属地雷二维电磁特征分析
5.3.3 理论建模结果与实测结果对比
5.4 金属地雷双峰特征增强算法
5.4.1 金属地雷双峰结构对方位聚焦的影响
5.4.2 基于后滤波器的双峰特征增强算法
5.4.3 实测数据处理结果
5.5 地雷目标多维散射特征提取方法
5.5.1 四维散射函数估计
5.5.2 特征选择
5.5.3 地雷和杂波特征提取结果对比
5.6 本章小结
参考文献

第6章 浅埋目标检测／鉴别方法
6.1 基于恒虚警率检测的预筛选
6.1.1 恒虚警率检测的基本原理
6.1.2 杂波统计特性建模与识别
6.1.3 感兴趣区域获取
6.1.4 感兴趣区域的特征提取
6.2 基于分割的恒虚警率检测器改进
6.2.1 图像预处理
6.2.2 基于分割的检测算法
6.2.3 快速算法
6.2.4 实测数据处理结果
6.3 浅埋目标鉴别器设计
6.3.1 一类分类器适应性分析
6.3.2 模糊超球面支持向量机原理
6.3.3 适合地雷鉴别的高斯核模糊超球面支持向量机超参数优化
6.3.4 适合未爆物鉴别的隐马尔可夫模型核模糊超球面支持向量机设计
6.4 本章小结
参考文献

附录1 式（3.2 9）的证明
附录2 式（3.3 2）的证明
附录3 场源点同层时格林函数表达式
附录4 场源点异层时格林函数表达式
附录5 式（6.9 5）的推导

前言/序言

超宽带地表穿透成像雷达 [Ultrawideband Ground Penetrating Imaging Radar] 一、引言：洞察地下的隐秘世界 在现代工程、考古、环境监测以及资源勘探等诸多领域，对地下结构的精确探测和成像能力至关重要。传统的地质勘探方法往往耗时耗力，且分辨率有限，难以满足日益精细化的地下信息需求。而超宽带（UWB）地表穿透成像雷达（GPR）技术的出现，则为我们打开了一扇洞察地下的“透视之窗”。本书，《超宽带地表穿透成像雷达》，便是深入剖析这一革命性技术的集大成之作。本书将系统阐述UWB GPR的理论基础、关键技术、系统构成、数据采集与处理，以及在多元化应用场景下的实践探索，旨在为相关领域的研究人员、工程师、技术人员以及对地下探测技术感兴趣的读者提供一份详实、权威的参考。 二、超宽带地表穿透成像雷达概述：原理与优势 本书的首要任务是为读者建立对UWB GPR的全面认知。我们将从其基本工作原理入手，详细解析电磁波在介质中的传播特性，以及如何利用反射信号来推断地下目标的几何形状、埋深、介电常数等关键参数。 电磁波的传播与散射： 详细讲解电磁波在不同地下介质（土壤、岩石、混凝土等）中的传播速度、衰减系数以及极化现象。深入探讨当电磁波遇到地下目标（管线、障碍物、空洞、地层界面等）时发生的反射、折射和衍射现象，这是GPR成像的基础。 超宽带信号的特性： 重点阐释“超宽带”的含义，即信号在较宽的频率范围内具有能量。对比传统窄带雷达，UWB信号具有更高的距离分辨率，能够区分密集排列的近距离目标；同时，其时间宽度短，能量集中，有利于降低对环境的电磁干扰，并减少设备功耗。本书将深入分析UWB信号的时域和频域特性，以及其在提高探测精度和穿透深度方面的优势。 成像的本质： 阐明GPR成像并非直接“拍摄”地下景象，而是通过对大量反射信号进行复杂的数学处理，重构出地下目标的二维或三维图像。我们将介绍多种成像算法，如Radon变换、Kirchhoff迁移、有限差分时域（FDTD）方法等，并分析各自的优缺点及适用范围。 UWB GPR的独特优势： 总结并突出UWB GPR相对于其他地下探测技术的显著优势，包括：高分辨率、无损探测、快速现场作业、非接触式测量、信息丰富（可获取目标形状、埋深、材质等）、环境保护等。 三、UWB GPR系统构成与关键技术 深入理解UWB GPR的系统构成是掌握其应用的关键。本书将对组成UWB GPR系统的各个核心模块进行详细剖析。 天线系统： 天线是GPR系统的“眼睛”，其性能直接影响探测效果。我们将详细介绍各类适用于UWB GPR的天线类型，如偶极子天线、对数周期天线、喇叭天线等，分析其带宽、增益、方向性等关键参数，并讨论如何根据不同的应用场景选择最优天线。 发射与接收模块： 探讨UWB脉冲的产生方式，如雪崩管、步进恢复二极管、场效应晶体管（FET）开关等，以及超快采样技术在接收端的作用。重点分析接收机对微弱反射信号的放大、滤波和数字化过程。 数据采集与存储： 详细阐述数据采集卡的采样率、比特数等指标对数据质量的影响，以及如何高效地存储海量的GPR数据。 核心处理单元： 介绍负责信号处理、图像重构、目标识别和数据显示的计算平台，包括硬件配置和软件算法的结合。 关键技术进展： 追踪UWB GPR技术前沿，例如： 多通道、多极化技术： 如何通过多通道数据同步采集和极化信息分析，提升图像分辨率和目标区分能力，有效抑制噪声和干扰。 阵列GPR（GPR Array）： 介绍基于阵列天线和多接收通道的GPR系统，其能够实现更快的扫描速度和更精细的三维成像。 目标识别与反演算法： 探讨基于机器学习、深度学习等人工智能技术的GPR目标识别方法，以及利用反射信号特征进行地下介质参数反演的技术。 数据融合技术： 如何将UWB GPR与其他传感技术（如GPS、IMU、激光扫描仪等）进行数据融合，实现更全面、更精确的地下信息获取。 四、UWB GPR数据采集与处理流程 扎实的采集与处理能力是UWB GPR发挥作用的基石。本书将详尽讲解从现场勘测到最终成像的全过程。 野外勘测准备： 详细列出勘测前的准备工作，包括勘测目的明确、场地勘察、设备检查、人员培训、安全事项等。 数据采集方法： 介绍二维剖面采集（沿直线或测线扫描）和三维立体采集（网格扫描）的具体操作流程。强调采集参数的优化，如天线高度、步长、采样点数、扫描速度等，以及这些参数如何影响探测结果。 原始数据预处理： 噪声去除： 介绍各种常用的去噪算法，如背景去除、增益补偿、平滑滤波、小波变换去噪等，以消除环境噪声、设备噪声和偶发性干扰。 增益补偿： 解释随着电磁波传播深度的增加，信号强度衰减的规律，并介绍如何通过指数增益补偿或动态增益补偿（DGC）来增强弱信号，提升地下深层目标的可见性。 静校正与动校正： 阐述由于天线高度变化、坡度地形以及地下目标深度不均造成的时差效应，介绍相应的校正方法，以获得准确的埋深信息。 数据成像与解释： 二维成像（A-scan, B-scan）： 讲解单点回波（A-scan）与沿测线积累回波形成的二维剖面图（B-scan）的生成过程，以及如何从B-scan图中识别地下反射层、断层、管线等。 三维成像（C-scan, 三维立方体）： 介绍如何通过多条测线数据构建三维地下模型，实现地下目标的立体可视化。分析C-scan切片图的意义，以及如何从三维数据体中提取目标的三维轮廓。 目标识别与定性解释： 结合丰富的实例，指导读者如何根据反射信号的形态、强度、极化特性以及与已知信息的比对，对地下目标进行初步的识别和定性分析。 定量反演与分析： 探讨如何通过反演算法，从GPR数据中提取地下介质的介电常数、电导率等电磁参数，进而推断土壤湿度、岩性变化等信息。 五、UWB GPR的应用领域：实践与案例分析 本书的另一核心内容是系统阐述UWB GPR在不同领域的广泛应用，并通过详细的案例分析，展示其强大的实用价值。 工程建设与基础设施监测： 道路与桥梁检测： 检测路面病害（如裂缝、空鼓、水分侵蚀）、桥梁结构裂缝、钢筋分布及锈蚀情况。 管道与电缆探测： 精确定位地下埋设的给排水管道、燃气管道、电力电缆、通信光缆等，为施工提供精确依据，避免挖损。 基坑与边坡稳定性监测： 探测基坑内的积水、软弱夹层，评估边坡的稳定性，识别潜在的滑坡风险。 混凝土结构检测： 探测混凝土内部的钢筋、预应力腱、空洞、裂缝等，评估结构完好性。 环境科学与地质勘探： 地下水探测： 识别地下含水层、地下水位变化，为水资源开发与管理提供支持。 土壤分层与污染物勘探： 探测土壤的垂直分层结构，识别地下土壤污染物的分布范围与深度。 矿产资源勘探： 辅助探测地下矿体、地质构造，为矿产资源勘查提供信息。 地质灾害监测： 探测断层、裂隙、岩溶地貌等，评估地震、滑坡、地面沉降等灾害的潜在风险。 考古与文化遗产保护： 遗址探测： 非侵入式地探测地下遗迹，如墓葬、建筑遗址、沟渠、道路等，为考古发掘提供指向。 文物分布调查： 探测埋藏在地下的文物分布情况，辅助进行考古调查与保护。 安全与应急响应： 搜救行动： 在地震、爆炸等灾害现场，利用GPR探测被埋压人员的生命体征或存在迹象。 未爆弹药探测： 在军事区域或历史遗迹中，探测地下埋藏的未爆弹药，提高安全性。 其他新兴应用： 冰层探测、农田土壤调查、地貌研究等。 每个应用场景的案例分析将包含：具体的应用需求、采用的UWB GPR系统配置、数据采集与处理流程、关键的成像结果展示、以及最终的解释与结论，力求让读者身临其境，直观感受UWB GPR的强大能力。 六、未来发展趋势与挑战 展望未来，UWB GPR技术将持续演进。本书将对未来的发展趋势进行前瞻性探讨，同时也指出当前面临的挑战。 技术发展趋势： 高频段、多频段GPR： 探索更高频率天线技术，以实现更高的距离分辨率，同时研究多频段融合，以兼顾穿透深度和分辨率。 人工智能与大数据集成： 深度融合AI技术，实现GPR数据的自动化解释、目标智能识别、三维模型自动构建，以及基于大数据分析的更高级别应用。 小型化、集成化与无线化： 发展更紧凑、便携、集成度更高的GPR设备，并探索无线数据传输与远程操控技术，提高现场作业的灵活性。 实时成像与交互式应用： 推动GPR成像的实时化，实现用户在现场即可获得即时地下图像，并进行交互式数据分析。 与其他地球物理方法的融合： 进一步深化GPR与其他地球物理方法（如地震、电法、磁法等）的数据融合，构建更全面的地下结构与物性模型。 面临的挑战： 复杂地质条件下的探测： 在高导电性介质（如黏土、湿润土壤）、强电磁干扰环境下，GPR的探测能力会受到限制。 定量反演的精度与可靠性： 提高地下介质参数定量反演的精度和可靠性，仍是需要持续攻克的难题。 标准规范的建立与完善： 进一步建立和完善GPR数据采集、处理、解释的国家或行业标准，推动其在工程领域的规范化应用。 数据处理算法的效率与智能化： 尤其是在处理海量三维数据时，对处理算法的效率和智能化水平提出了更高要求。 人才培养与技术推广： 培养具备深厚理论基础和丰富实践经验的GPR专业人才，并进一步推广GPR技术的应用，提高行业整体水平。 七、结论 《超宽带地表穿透成像雷达》一书，将通过严谨的理论阐述、详实的系统介绍、细致的数据处理流程、生动的案例分析以及前瞻的趋势展望，全面、深入地展现UWB GPR技术的科学内涵与工程价值。本书期望成为一本指导性的专业读物，帮助读者掌握UWB GPR的核心技术，理解其工作原理，熟练运用其数据采集与处理方法，并在实际工作中有效解决地下探测难题，为推动相关领域的科技进步和社会发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对地球科学充满好奇的普通读者，我一直对“看不见的”地下世界充满向往。《超宽带地表穿透成像雷达》这本书，为我打开了一扇了解地下世界的新大门。作者以其精湛的笔触，将复杂的超宽带雷达技术转化为引人入胜的科普故事。书中对于UWB-GPR工作原理的介绍，让我理解了如何利用电磁波“探测”地面下的物体和结构。我尤其欣赏书中关于不同地质构造（如地下水、岩层变化、土壤成分）如何影响UWB-GPR信号的分析，这使得我们能够更好地理解雷达图像的含义。书中展示的各种应用场景，如寻找地下矿藏、监测土壤含水量、探测地下管线等，都让我对这项技术的实用性印象深刻。此外，作者在书中还探讨了UWB-GPR在恶劣环境下的性能表现，这对于我们在复杂地形或极端条件下进行探测具有重要意义。这本书不仅普及了科学知识，更激发了我对地球科学探索的浓厚兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书是一次激动人心的技术之旅，作者以一种直观且深入浅出的方式，带领我们探索超宽带地表穿透成像雷达（UWB-GPR）的奇妙世界。尽管我并非雷达工程师，但书中对于UWB信号的特性、其在GPR系统中的优势以及如何克服传统GPR的局限性的阐述，都让我着迷。作者对于不同地下目标的散射特性、回波信号的分析以及如何利用先进算法进行数据反演和成像的讲解，都极具启发性。我尤其喜欢书中关于UWB-GPR在非破坏性检测（NDT）领域的应用，例如检测混凝土结构内部的钢筋、空隙或裂缝，以及在考古发掘中寻找埋藏文物，这些都展示了该技术的独特价值。书中对不同频率范围UWB信号在不同介质中的穿透深度和分辨率的权衡分析，也让我对这项技术的实际应用有了更清晰的认识。这本书的价值在于它不仅提供了扎实的理论基础，更展示了UWB-GPR在解决实际工程问题中的巨大潜力。

评分☆☆☆☆☆

一本令人惊叹的技术专著，即便我不是地质勘探专家，也被其严谨的科学方法和对前沿技术的深入探索深深吸引。作者在书中细致地描绘了超宽带（UWB）技术如何革新了地表穿透成像雷达（GPR）的应用。我尤其惊叹于作者对于UWB脉冲特性、天线设计以及信号处理算法的详尽阐述，这些都是理解GPR成像原理的关键。虽然我无法深入到每一个公式和模型，但我能感受到其中蕴含的强大理论基础和实践意义。书中对于不同地质条件下的UWB-GPR响应的模拟和实验分析，让我仿佛置身于实际的勘探现场，直观地理解了地下结构、空洞、管线等目标如何被“看见”。章节之间过渡自然，逻辑清晰，即使是初次接触GPR的读者，也能循序渐进地掌握核心概念。书中穿插的图表和案例研究更是锦上添花，使得原本枯燥的技术内容变得生动有趣，极大地提升了阅读的体验。对于任何对地下探测技术有兴趣，或者希望了解如何利用先进雷达技术解决实际工程问题的读者来说，这无疑是一本不可多得的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是地下世界的“透视眼”指南！作为一名对工程应用情有独钟的读者，我一直对如何“看穿”地面下的奥秘充满好奇。而《超宽带地表穿透成像雷达》恰好满足了我的求知欲。作者以一种极其清晰且富有洞察力的方式，介绍了超宽带技术如何赋予GPR前所未有的分辨率和穿透能力。我非常欣赏书中关于GPR数据采集、预处理和成像算法的详细介绍，这些都是将原始雷达信号转化为有意义地下图像的关键步骤。书中对于各种地下障碍物（例如古墓、埋藏物、地质断层）的成像效果分析，让我对这项技术在考古、城市地下管线普查、地质灾害监测等领域的巨大潜力有了深刻的认识。此外，作者在书中还探讨了UWB-GPR在不同介质（如土壤、岩石、冰雪）中的传播特性，这对于理解和优化实际应用至关重要。即使我不是雷达领域的专业人士，也能从书中感受到作者深厚的学术功底和丰富的实践经验，以及对这项技术的无限热情。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我深刻地体会到科技进步的力量是如何改变我们认知世界的方式。《超宽带地表穿透成像雷达》不仅仅是一本关于雷达技术的书籍，更像是一扇通往地下未知世界的窗口。作者以其深厚的学术造诣，为我们揭示了超宽带技术在GPR领域的革命性意义。书中对于UWB信号生成、传播、接收以及数据处理的每一个环节都进行了细致入微的讲解。我尤其被书中关于提高成像分辨率和信噪比的各种创新方法所吸引，这些技术突破对于实现更精细的地下结构探测至关重要。书中丰富的案例分析，涵盖了从工程勘察到环境监测的广泛应用，让我看到了UWB-GPR在解决现实世界问题中的强大能力。我特别赞赏作者在书中对不同成像算法的比较和评价，这为读者选择最适合特定应用的技术提供了宝贵的参考。这本书的出版，无疑为UWB-GPR领域的研究和应用注入了新的活力，也为我打开了新的学术视野。