[发明专利]一种基于特征融合的地下目标探测识别系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于特征融合的地下目标探测识别系统及方法。所述方法包括检测与采集探地雷达的回波信号；对采集的回波信号进行预处理；对经预处理的回波信号进行增强处理；提取经增强处理的回波信号的时域特征和小波包能谱特征，并对经增强处理的回波信号进行Welch功率谱估计及高阶谱分析，分别得到Welch功率谱和高阶谱；对回波信号的时域特征、小波包能谱特征、Welch功率谱和高阶谱进行融合；对融合的四类信号特征通过小波神经网络进行目标识别；输出目标识别后的结果。本发明基于多特征信息融合进行地下目标的综合探测识别，可有效地实现对不同形状和材质的地下目标体进行识别，识别准确度高。

技术领域

本发明涉及地球探测与现代信息处理技术领域，尤其涉及一种基于特征融合的地下目标探测识别系统及方法。

背景技术

探地雷达(Ground Penetrating Radar，GPR)是20世纪80年代新兴起的一种利用电磁波反射原理，来探测地下目标物以及地质结构与分布的浅地层无损探测技术。它根据电磁波在介质中传播时，其传播路径、强度、波形随介质的电磁性质和几何结构而发生变化的性质，推断介质的结构和目标的位置、形状等。作为一种新兴的地球物理探测手段，具有探测效率高、探测精度高、宽频带、抗干扰、无损伤探测、结果直观等诸多优点，已经成为浅层地下探测的有效手段，应用范围已遍及经济建设和国防建设各个领域。

相对于探空雷达，目前GPR技术主要受以下几个因素的制约：

(1)地下介质的非均匀性。由于地下物质成分的多样和复杂，其作为电磁场的传播介质是极不均匀的。介质的这种不均匀性导致电磁波传播性能差异很大。实际工作中常常无法定量地对探测环境进行标定，因而GPR性能的预测通常是经验性的，远非精确的。

(2)介质损耗及色散性。电磁波在有耗介质中传播将遇到较大衰减。对于同一介质，频率越高，则衰减越大，穿透深度相应降低；对不同介质，在同一频率下，其穿透深度也有很大差别。此外，电磁波在介质中传播，各个频率分量的电磁波以不同的相速度传播，经过一段距离后，它们相互之间的相位关系发生改变，从而导致信号失真，即具有色散性。电磁波传播过程中的介质损耗及色散性对GPR探测精度具有很大影响。

(3)地层电磁特性的随机性。由于组成大地物质的物理成分、密度、湿度等因素因地而异变化很大，从而导致表征大地电磁特性的几个参数(介电常数，导磁率，导电率)也随之变化。地下介质电磁特性的变化直接影响地下电磁波的传播速度、振幅衰减，严重限制着GPR系统最大探测深度和目标定位精度。

(4)强杂波背景。地下埋藏的目标包括各种各样的人为以及天然的杂质，地面上的外部环境、设施的杂乱回波，都将对GPR探测回波产生复杂的干扰，形成噪声，从而影响GPR成像质量。

(5)界面反射。从空间到地下的探测，由于地面的存在而导致很强的地跳干扰及天线特性的加载失配。

以上几个方面的因素造成GPR系统数据处理与分析实现上的困难。尤其是使地下目标特征不变量的确定及目标的检测和识别非常困难。如何从的海量数据中，选择和提取目标区数据，并对提取的目标数据进行准确判别，是GPR数据处理与应用中面临的一个难点问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于时域特征、功率谱、小波包能谱及高阶谱多参数特征融合，进行地下目标探测识别系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：