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题名	探地雷达脉冲接收机与信号处理方法研究
作者	余慧敏
学位类别	博士
答辩日期	2009-06-02
授予单位	中国科学院电子学研究所
授予地点	电子学研究所
导师	方广有
关键词	探地雷达 压缩感知 随机孔径 三维成像 特征提取
其他题名	Development of an Impulse Ground Penetrating Radar Receiver and Research for Signal Processing Algorithm
中文摘要	探地雷达是一种有效的浅层隐藏目标探测技术，它利用电磁波在地下媒质电磁特性不连续处产生的反射和散射实现对地表探测区域成像，并通过定性或者定量地辨识地表电磁特性变化，实现对探测区域中感兴趣目标的检测、定位与特征识别。其中，无载频脉冲式探地雷达具有成本低、分辨率高、结构紧凑和操作方便等优点，其应用己经遍及市政、交通、考古、军事等领域。本文基于现场可编程门阵列（FPGA）研制了一款新颖的高分辨率脉冲探地雷达接收机，并针对目前探地雷达测量中存在的处理数据量大、探测效率低等问题，结合压缩感知理论，对无载频脉冲探地雷达2维、3维测量情况下分辨率提高、数据采集速度提高及其目标特征提取等方面做了研究。具体工作如下： 构造等比例电阻网络，利用现场可编程门阵列差分端口性质设计快速比较器实现高速模拟信号的数字化。通过开发逻辑器件的可编程功能，配置时钟交织电路和多电平下幅度衰减方案、控制射频前端衰减与放大模块的实时增益，研制新型幅度压缩等效采样探地雷达接收机。测试结果表明，接收机系统性能稳定、动态范围较大、功耗较低，采集频率、探测深度可实时调整，充分发挥了可编程逻辑的资源可配置优势，获得了质量较好的探测数据。 压缩感知理论是近两年发展起来的建立在信号稀疏表示和逼近理论基础上的新的研究领域，压缩感知基于目标信号结构的稀疏特性，通过低维空间低分辨率、欠奈奎斯特采样数据的非相关测量实现高维稀疏信号的感知。为了减少探地雷达数据采集量、提高数据采集速度，本文研究基于随机孔径测量和压缩感知理论的探地雷达成像以及目标特征提取方法。首先，本文研究了探地雷达中随机孔径压缩感知2维和3维成像算法，随机孔径压缩感知方法结合无载频脉冲式探地雷达的工作过程并利用了探地雷达应用中感兴趣目标区域通常具有稀疏特性的先验知识；文中给出了算法数值模拟和实测数据成像结果并研究了噪声和测量矩阵对算法成像效果的影响；结果表明，随机孔径压缩感知成像方法比标准后向投影算法所需数据量少、成像效果好、目标旁瓣小、对噪声的鲁棒性好。再者，论文研究了基于压缩感知理论的探地雷达目标特征提取方法，该方法充分利用目标图像在哈夫变换基上具有稀疏表示这一先验知识，将对地下目标成像和目标特征提取两个步骤融合，直接从较少的压缩感知测量数据中提取感兴趣目标区域的特征信息；仿真和实验结果表明，压缩感知特征提取方法相比标准哈夫变换方法所需数据量少，特征参数重建结果的旁瓣小。
语种	中文
公开日期	2011-07-19
页码	141
内容类型	学位论文
源URL	[http://159.226.65.12/handle/80137/8759]
专题	电子学研究所_电子所博硕士学位论文_电子所博硕士学位论文_学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	余慧敏. 探地雷达脉冲接收机与信号处理方法研究[D]. 电子学研究所. 中国科学院电子学研究所. 2009.

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