探地雷達正反演理論與信號處理 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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舒誌樂劉保縣劉新榮硃成紅... 編

圖書標籤:

• 探地雷達
• GPR
• 反演
• 信號處理
• 地球物理
• 勘探
• 無損檢測
• 電磁波
• 地下成像
• 數值模擬

店鋪： 博睿圖書

齣版社： 科學

ISBN：9787030521224

商品編碼：13514110878

齣版時間：2017-03-01

>基本信息

• 商品名稱：探地雷達正反演理論與信號處理
• 作者：舒誌樂//劉保縣//劉新榮//硃成紅
• 定價：78
• 齣版社：科學
• ISBN號：9787030521224

>其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2017-03-01
• 印刷時間：2017-03-01
• 版次：1
• 印次：1
• 開本：
• 頁數：157

內容提要

探地雷達具有無損、高效、抗乾擾能力強、操作方便、成本低、受檢測條件限製小和檢測精度高的特點，自1970年美國生産齣**颱商用雷達起，國內外學者或公司便根據各自的研究目標，對其開展瞭廣泛的開發和應用研究。舒誌樂、劉保縣、劉新榮、硃成紅著的《探地雷達正反演理論與信號處理》詳細介紹探地雷達的有關基本理論、數據處理方法、正反演理論、資料解釋流程和方法以及典型工程應用。本書共分為8章，主要內容包括探地雷達的物理模型試驗、探地雷達的正反演理論及程序實現、資料處理與解釋和工程應用，並提齣二、三維聯閤檢測技術。本書題材大多來自科研和工程實踐，注重理論與實踐相結閤，在內容安排上注重理論的係統性並兼顧各類工程實際。
    本書可供高等院校土木工程、交通工程、礦業工程、隧道工程、道路工程、市政工程等領域的科研和工程技術人員參考。
    

目錄

1緒論1.1研究意義1.2探地雷達技術國內外研究現狀1.2.1探測雷達正演研究現狀1.2.2探地雷達偏移技術研究現狀1.2.3探地雷達信號濾波研究現狀1.2.4探地雷達反演研究現狀1.2.5探地雷達在隧道襯砌檢測中的應用現狀1.3本書內容安排2空洞物理模型探地雷達探測2.1探地雷達基本理論2.1.1波動方程2.1.2平麵電磁波在無耗介質中的傳播2.1.3平麵電磁波在有耗介質中的傳播2.1.4平麵波在介質分界麵的反射和透射2.2試驗探測方法和探測儀器2.2.1探測方法2.2.2試驗儀器2.2.3RAMACProEx係統的性能指標和技術參數2.3RAMACProEx係統的數據采集及處理軟件2.3.1Groundvision2數據采集軟件2.3.2REFLEXW數據處理軟件2.3.3EASY-3D軟件2.4探地雷達圖像解釋2.4.1單道波形圖解釋2.4.2時間-深度剖麵圖解釋2.4.32D剖麵和3D立體圖解釋2.5空洞物理模型試驗設計與測試2.5.1模型邊界對探地雷達數據采集的影響2.5.2空洞模型設計與製作2.5.3空洞模型試驗方案2.5.4模型介質探地雷達電磁波速度測定2.6測試數據常規處理解釋與可視化2.6.1空洞模型二維測試圖譜特徵
2.6.2空洞模型三維測試可視化及圖譜特徵
2.7圓形空洞物理模型試驗2.8隧道襯砌探地雷達三維探測閤理測綫間距探討3探地雷達常規數據處理方法3.1探地雷達數據顯示形式3.2探地雷達常規數據處理方法3.2.1數據預處理3.2.2一維頻率域濾波3.3頻率波數域濾波3.4預測反褶積壓製多次波4閤成孔徑探地雷達(sAR)成像技術4.1探地雷達波速的測定4.2F-K偏移成像4.2.1F-K偏移成像算法原理4.2.2F-K偏移成像技術的實現5探地雷達信號平衡多小波變換濾波技術5.1多小波的多分辨率分析5.1.1多尺度函數5.1.2多小波函數5.2CL4多小波構造與性質5.2.1CL4多小波構造5.2.2多小波的性質5.3CL4多小波變換5.3.1CL4多小波的分解算法5.3.2CL4多小波的重構算法5.3.3CL4多小波預處理的*要性及平衡化5.3.4邊界處理方法5.4CL4平衡多小波閾值濾波算法5.4.1多小波濾波的基本原理5.4.2多小波閩值濾波方法5.4.3探地雷達信號濾波算法實現5.5探地雷達信號多小波閾值濾波效果與分析6隧道襯砌內空洞探地雷達FDTD法正演模擬
6.1FDTD法的基本原理6.1.1MaxweU方程組6.1.2Yee元胞6.1.3二維空間TM波FDTD方程6.1.4三維空間FDTD方程6.2FDTD法解的穩定性和數值色散6.2.1Courant穩定性條件6.2.2FDTD法數值色散6.3UPML吸收邊界條件6.3.1三維導電介質UPML吸收邊界6.3.2二維導電介質UPML吸收邊界6.3.3UPML吸收邊界的參數設置6.4RAMAC探地雷達數據存儲和寫入6.4.1RAMAC係統數據存儲格式6.4.2RAMAC雷達數據MATLAB讀寫實現6.5FDTD算法計算機程序實現6.5.1激勵源的類型和設置6.5.2FDTD法數值模擬計算流程6.6探地雷達FDTD法二、三維空洞模型正演模擬
6.6.1二維空洞模型正演模擬
6.6.2三維空洞模型正演模擬
7探地雷達探測遺傳算法正則化反演7.1探地雷達反演的數學物理模型7.1.1探地雷達反演問題的一般格式7.1.2二維TM波介電常數反演模型7.1.3探地雷達反演模型的數學適定性7.2Tikhonov正則化方法7.2.1不適定問題的正則化7.2.2Tikhonov正則化原理7.2.3探地雷達探測正則化反演目標函數構製7.3實數編碼遺傳算法基本原理與方法7.3.1遺傳算法的基本原理7.3.2實數編碼方法7.3.3遺傳算法的實現技術7.4實數編碼遺傳算法反演的計算機程序實現7.5空洞模型介電常數反演結果與分析8探地雷達二、三維聯閤探測在隧道襯砌檢測中的應用8.1忻保高速公路概況8.2工程地質概述8.2.1大南陌隧道工程地質概況8.2.2西南溝1#隧道工程地質概況8.3隧道襯砌探地雷達二、三維聯閤檢測方案與流程8.3.1二、三維聯閤檢測現場測綫布置8.3.2二、三維聯閤檢測流程與實施8.4不良病害探地雷達二、三維聯閤檢測效果與驗證
8.4.1脫空層二、三維聯閤檢測8.4.2不密實帶二、三維聯閤檢測參考文獻

探測宇宙的脈搏：從地層奧秘到信號解碼的科學之旅 我們生活的地球，一層層堆疊的地質構造，隱藏著無數不為人知的秘密。從深邃的地下水脈，到古老的文明遺跡，再到支撐現代基礎設施的工程結構，它們都默默地訴說著地球的故事。然而，這層層疊疊的“麵紗”常常阻礙我們直接窺探其內部的真實麵貌。幸運的是，人類智慧的結晶——大地探測技術，為我們打開瞭一扇窺視地下的窗口。 本書並非探究雷達本身的技術細節，而是將視角聚焦於大地探測的宏大圖景。我們將一同踏上一段探索地球深層奧秘的科學之旅，從根本上理解那些無形的力量如何作用於地層，以及我們如何巧妙地捕捉和解讀這些來自地球內部的“低語”。 第一部分：理解大地：物理世界的基石 在深入探討探測技術之前，我們必須首先建立對地球內部物理性質的深刻理解。這部分將帶領讀者迴顧並深化對以下關鍵物理概念的認知，這些概念構成瞭大地探測的理論基礎： 波動傳播的基本原理： 任何探測技術都離不開能量的傳播。我們將從最基礎的波動方程齣發，理解波（如電磁波、地震波）在不同介質中的傳播特性，包括其速度、頻率、波長以及重要的傳播現象，如反射、摺射、衍射和散射。這一部分的重點將是理解這些物理現象如何受到介質性質（密度、彈性模量、介電常數、磁導率等）的影響，從而為後續的探測信號分析奠定基礎。我們將討論不同類型的波在地下傳播時會發生怎樣的變化，以及這些變化中蘊含的關於地下結構和物質的信息。 電磁場與物質的相互作用： 探地雷達等技術的核心在於利用電磁波與地下物質的相互作用。我們將深入探討電磁場的基本定律（麥剋斯韋方程組），並重點關注它們在介質中的行為。這意味著我們將討論物質的電導率、介電常數和磁導率如何影響電磁波的傳播速度、衰減以及反射。理解這些參數的物理意義，以及它們在地層中的變化如何指示不同的地下物質（如土壤、岩石、水、金屬等），是解讀探測信號的關鍵。我們將探討如何通過測量這些參數的微小變化來推斷地下物質的成分、結構和狀態。 聲波（地震波）與地層動力學： 雖然本書不側重於地震勘探，但理解聲波（或地震波）在地層中的傳播及其與岩石力學性質的關係，有助於我們更全麵地認識大地探測的原理。我們將簡要介紹彈性波理論，以及岩石的彈性模量、泊鬆比等參數如何影響地震波的速度和振幅。這部分將為理解不同探測手段的互補性提供背景知識，並強調不同物理原理在探測地下信息中的作用。 第二部分：大地探測的理論基石：從信號到結構的映射 當能量（如電磁波）與地下物質發生交互後，便産生瞭我們能夠探測到的信號。然而，這些原始信號往往是雜亂無章的，並不能直接揭示地下結構。這部分將深入探討如何從這些原始信號中提取有用的信息，並將其轉化為對地下結構的認識： 正演模擬：模擬地下世界的迴響： 在我們能夠準確解釋地下信息之前，首先需要理解“正嚮問題”，即如果我們知道地下的結構和物質分布，那麼會産生怎樣的探測信號。這部分將詳細闡述如何利用物理定律，建立數學模型來模擬電磁波（或其他探測波）在特定地下環境中的傳播過程，並計算齣探測器接收到的信號。我們將討論不同地下結構（如平麵界麵、球體、不規則層狀結構等）和不同物質參數（高介電常數、低介電常數等）如何對應不同的正演信號特徵。理解正演過程，能幫助我們直觀地認識地下特徵與探測信號之間的內在聯係。 反演理論：從信號解碼地下真實： 真實的大地探測任務是從接收到的信號齣發，反推齣地下結構和物質分布。這便是“反嚮問題”——反演。這部分將是本書的理論核心之一。我們將介紹各種反演方法，包括： 基於物理模型的反演： 利用前麵介紹的正演模型，通過迭代優化或求解非綫性方程組，尋找最能匹配觀測數據的地下模型參數。我們將討論不同優化算法的原理和適用性，以及如何處理模型的不適定性問題（即同一個觀測數據可能對應多個不同的地下模型）。 數據驅動與機器學習方法： 隨著計算能力的提升，我們也將探討如何利用大數據和機器學習算法，通過對大量已知的正演和實測數據的學習，來直接預測地下結構。這包括模式識彆、特徵提取以及基於神經網絡的預測模型等。我們將分析這些方法在處理復雜地質環境和大規模數據時的優勢和局限性。 不確定性量化與模型選擇： 真實世界總是充滿不確定性。我們將討論如何評估反演結果的可靠性，以及如何量化模型參數的不確定性。這包括貝葉斯反演、濛特卡洛方法等，旨在為用戶提供更全麵的地下信息解讀。 信號的數學錶示與處理： 無論是正演還是反演，都離不開對信號的精確數學描述和處理。我們將迴顧傅裏葉分析、拉普拉斯變換等信號處理的經典工具，理解它們如何幫助我們分析信號的頻率成分、時域特性以及衰減規律。此外，還將介紹小波分析等更先進的信號處理技術，它們在處理非平穩信號和提取局部特徵方麵具有獨特的優勢。 第三部分：信號處理的藝術：淨化與提煉的智慧 原始的探測信號往往受到各種噪聲的乾擾，並且可能包含一些非地質因素的影響。因此，有效的信號處理是獲得準確地下圖像的關鍵步驟。這部分將聚焦於如何淨化和提煉探測信號，使其更清晰地揭示地下信息： 噪聲的來源與抑製： 我們將詳細分析電磁乾擾、儀器噪聲、環境噪聲等各種噪聲的來源，以及它們對探測信號可能造成的影響。在此基礎上，我們將介紹各種經典的信號降噪技術，如濾波（低通、高通、帶通）、均值濾波、中值濾波等，以及一些更復雜的自適應濾波算法。重點在於理解不同降噪方法的作用機理，以及如何根據信號特性選擇最閤適的降噪策略。 信號的增強與特徵提取： 除瞭去除噪聲，我們還需要增強信號中與地下結構相關的有用成分。這包括： 振幅和相位分析： 如何通過分析信號的振幅變化和相位延遲來識彆地層的邊界和物質的差異。 時域與頻域特徵分析： 識彆信號在不同時間段或不同頻率下的特徵，例如反射波的齣現時間、衰減速率、頻率偏移等，這些都與地下目標的深度、大小、介電特性等密切相關。 數據融閤與多尺度分析： 當使用多種探測手段或在不同分辨率下進行探測時，如何將不同來源的信號進行有效融閤，以獲得更全麵、更精細的地下圖像。 數據可視化與圖像重建： 最終，我們希望將處理後的信號轉化為直觀的地下圖像。這部分將介紹各種數據可視化技術，如何將一維的信號數據轉化為二維的剖麵圖或三維的地下模型。我們將探討不同的圖像重建算法，以及如何通過閤理的色彩映射、紋理渲染等方式，更有效地傳達地下結構的信息。 本書的價值與意義 本書的目的是構建一個嚴謹而全麵的大地探測理論框架，從最基本的物理原理齣發，逐步深入到復雜的信號處理和反演技術。它將幫助讀者理解： 為什麼探測技術能夠“看見”地下： 揭示其背後的物理機製和數學原理。 如何從模糊的信號中提取精確的信息： 掌握數據處理和反演的精髓。 如何評估探測結果的可靠性： 培養科學的批判性思維。 本書並非一本純粹的技術手冊，而是倡導一種跨學科的思維方式。它融閤瞭物理學、數學、計算機科學以及地球科學的知識，旨在培養讀者解決復雜地下探測問題的能力。無論是從事地質勘探、工程建設、環境監測，還是考古研究，掌握這些理論基礎都將為您提供強大的工具和深刻的洞察力，幫助您更有效地探索和理解我們腳下的這片土地。 通過本書的學習，您將能夠更深刻地理解那些支撐我們現代文明的地下基礎設施，更有效地尋找深埋地下的寶藏，更精準地評估環境風險，甚至窺探曆史留下的痕跡。這趟探索宇宙脈搏的旅程，將開啓您對地球更深層次的認知，並為您在相關領域的研究和實踐提供堅實的理論支撐。

評分☆☆☆☆☆

評價一： 這本書的封麵設計就有一種沉靜而專業的質感，仿佛蘊藏著科學探索的深邃。我是一名地質勘探領域的初學者，一直對地下世界的神秘充滿好奇，也希望能掌握一些能夠“透視”大地的技術。在朋友的推薦下，我購入瞭這本《探地雷達正反演理論與信號處理》。盡管我纔剛翻開幾頁，但書中清晰的圖示和循序漸進的講解，已經讓我對探地雷達這項技術有瞭初步的認識。它不像很多科普讀物那樣淺嘗輒止，而是從最根本的原理講起，比如電磁波在不同介質中的傳播特性，以及反射和摺射的規律。這一點對於我這樣需要紮實理論基礎的讀者來說至關重要。我已經迫不及待地想瞭解書中關於“正反演”的部分，因為我聽說這是探地雷達能夠真正“看清”地下結構的靈魂所在。那種將微弱的信號轉化為有意義的地下圖像的過程，對我來說充滿瞭科技的魅力。希望通過這本書的學習，我能真正理解探地雷達的工作機製，並將其運用到我未來的學習和工作中。

評分☆☆☆☆☆

評價五： 這本書的裝幀設計頗具匠心，紙張的質感和印刷的清晰度都給我留下瞭深刻的印象，這無疑為閱讀體驗增添瞭不少分數。我是一位在儀器研發領域工作的工程師，主要負責一些微弱信號的采集與處理。探地雷達技術所涉及到的信號處理部分，恰好是我非常感興趣且需要深入瞭解的領域。書中關於探地雷達信號的特性、常見的乾擾源以及各種有效的去噪和濾波方法（如小波去噪、經驗模態分解等）的論述，對我來說具有很強的指導意義。我尤其關注書中對“信號處理”算法的詳細介紹，包括其背後的數學原理和實現細節。如果書中能夠進一步探討在實際采集過程中可能遇到的各種非理想情況，例如傳感器誤差、多徑效應等，並給齣相應的解決方案，那將是極大的幫助。我還希望能看到書中對不同反演算法（如迭代重構、機器學習方法）的比較分析，這對於我們選擇最優算法來提升成像精度至關重要。

評分☆☆☆☆☆

評價二： 作為一名在工程領域摸爬滾打多年的老兵，我接觸過不少關於地下探測的資料，但往往要麼過於理論化，要麼過於技術化，很難找到一本既能講透原理又能貼近實際應用的書。這次偶然翻閱到《探地雷達正反演理論與信號處理》，真是眼前一亮。書中開篇就點明瞭探地雷達在基礎設施檢測、地下管綫定位等實際工程中的重要作用，這讓我倍感親切。隨後的章節，更是深入探討瞭信號的産生、傳播、接收以及復雜的反演過程，這一點非常關鍵。我曾經在實際工作中遇到過一些由於信號處理不當而導緻的數據解讀偏差，深知這一環的重要性。書中關於數據去噪、濾波、以及各種層析成像技術（如CMP、GPR切片等）的介紹，如果能結閤一些實際的案例分析，那將是錦上添花瞭。我尤其關注書中關於“信號處理”的部分，期待能從中找到提升數據處理效率和準確性的方法，從而更好地解決實際工程中的難題。

評分☆☆☆☆☆

評價三： 我是一名在讀的地球物理專業研究生，目前的研究方嚮涉及到一些地下結構的成像和解釋。在導師的推薦下，我接觸到瞭《探地雷達正反演理論與信號處理》。從我初步的閱讀體驗來看，這本書在理論深度上做得相當不錯，它不僅僅是停留在概念的介紹，而是深入到瞭數學模型和算法的推導。例如，書中關於電磁波方程的講解，以及如何通過數值方法來求解正反演問題，都展現瞭其學術嚴謹性。我特彆喜歡書中對於不同雷達係統（如步進頻率、脈衝雷達）及其在不同應用場景下的適用性的分析，這對於我選擇閤適的研究工具非常有幫助。我還在探索書中關於“反演”部分的內容，尤其是對於非綫性和病態的反演問題的處理方法，這正是我目前研究中遇到的瓶頸。如果書中能夠提供一些更詳細的算法僞代碼或開源代碼鏈接，那就更完美瞭，這將極大地便利我的實踐操作。

評分☆☆☆☆☆

評價四： 我是一個對新興技術充滿好奇的愛好者，對那些能夠“看見”我們看不見事物的技術尤其感興趣。當我在書店看到《探地雷達正反演理論與信號處理》這本書時，就被它“探地”這個關鍵詞吸引瞭。雖然我不是專業人士，但書中用相對易懂的語言，介紹瞭探地雷達的基本原理，比如電磁波是如何發射齣去，然後又如何被地下物體反射迴來，最終被接收到的。書中關於“正演”的講解，讓我理解瞭如何模擬雷達信號的産生過程，這就像是在“創造”一個虛擬的地下世界，看看不同結構會對信號産生怎樣的影響。而“反演”則更像是“偵探工作”，通過觀察實際接收到的信號，去推斷齣地下到底有什麼東西，有多深，是什麼樣的物質。我特彆感興趣的是書中關於如何處理那些模糊不清、充滿乾擾的信號的部分，這讓我想到在現實生活中，我們看事物也常常需要“去噪”和“聚焦”，纔能看到真相。我希望通過這本書，能夠大緻瞭解這項技術是如何工作的，以及它在考古、地質勘探等領域的應用。