[发明专利]一种超宽带探地雷达公路质量探测方法及其探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超宽带探地雷达技术，特别涉及一种超宽带探地雷达公路质量探测方法及其探测装置，本发明基于缺陷目标识别，适用于公路探测领域。

背景技术

探地雷达(GPR，Ground Penetrating Radar)技术由于具有快速、无损、连续、高效的优点，近年来在无损探测领域得到广泛的应用与发展。探地雷达技术是利用无线电波来探测地下低损耗介质材料的一种技术，其应用发展趋于多样化，主要应用领域包括工程质量探测、工程建筑结构探测、矿产资源勘探、环境工程与地球科学探测、考古探测、国防等技术领域。

随着我国交通设施事业的快速发展，探地雷达技术在公路、铁路、桥梁的建设和维护中具有广泛的发展前景。传统的公路质量探测方法是采用钻孔取芯法，这种方法不仅效率低、适用性和准确度差，而且还对检测对象造成破坏，影响公路的使用寿命，因此探地雷达技术是目前公路质量无损探测普遍采用的一种手段。

探地雷达所能分辨的距离大小与信号带宽成反比例关系。取标准sinc函数半功率点作为分辨的临界点，可获得探地雷达距离分辨率的理论表达式，常用的经验表达式如下(参考文献Eaves,J.L.and Reedy,E.K.,Principles of Modern Radar[M],Chapman&Hall,1987)：

Rres=γc2Bϵr,]]>   (公式1)

式中，c表示光速，B表示带宽，ε_r表示介电值或相对介电常数，因子γ=1.39是用来修正理论分辨率的经验修正参数。

为了通过增加带宽来提高探地雷达的距离分辨率，近年来出现了超宽带探地雷达，它是发射信号频宽大于等于500MHz或者频宽大于等于中心频率25%的探地雷达，由于使用探测频谱较宽，探测分辨率较高，能够精确探测出公路各层的内部结构信息。另外，超宽带探地雷达还具有抗干扰性能好、探测回波信噪比高、回波信息丰富等优点。由于公路路基、公路表面所使用建材不同路段差异性较大，不同地点之间的路况也各不相同，而且对探测成像的精度要求较高，普通的窄频探地雷达容易受频移效应影响而难以达到精确、高适用的要求。相对于传统的探地雷达技术，超宽带探地雷达技术能够提供更加丰富、频谱更宽的探测回波信息，可以快速、准确、无损、科学地评价公路质量，是公路质量探测技术未来的发展方向和趋势。

在进行公路质量探测过程中，对较长距离的公路进行高精度的探测，超宽带探地雷达需要采用较高的信号采样率，探测过程中得到海量的原始探测数据。同时由于探测环境的多变和探测缺陷目标的不确定性，探测过程中探测人员需要快速得到初步探测的结果，以便可以根据初步探测结果进行下一步操作。目前公路质量探测传统方法中存在以下几个问题：

(1)长距离公路质量探测过程中需要储存海量的原始探测数据，要求超宽带探地雷达探测装置拥有较高的存储性能和较大的存储空间；

(2)公路质量探测过程中对所有探测区域实行无差别数据处理，针对性较差，数据处理时间较长；

(3)公路质量过程中的缺陷目标识别过程数据搜索区域较大，缺陷目标识别算法较复杂，探测装置数据处理性能要求较高；

(4)公路质量过程中数据采集过程与数据处理过程分离，探测人员无法在探测过程进行时实时获取探测结果。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种超宽带探地雷达公路质量探测方法，该方法在公路质量探测过程中先对探测数据进行初步缺陷目标检测，然后针对存在缺陷的探测图像作进一步的缺陷目标定位与识别。

本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种实现超宽带探地雷达公路质量探测方法的探测装置，该装置具有高效、快速、实时、准确的公路质量探测效果的特点。

本发明的首要目的通过下述技术方案实现：一种基于缺陷目标识别的超宽带探地雷达公路质量探测方法，包括以下步骤：