[发明专利]一种地质雷达B-scan数据处理方法

说明书

本发明公开了一种地质雷达B‑scan数据处理方法，该方法利用信号处理方法对B‑scan数据进行处理以分离得到用于隧道衬砌异常和铁路路基病害检测的数据剖面。首先采用连续谱白化频谱拓展技术提高信号的时间分辨率，然后采用高效的相位移偏移对高分辨率数据进行偏移成像，提高剖面的横向分辨率，使得成像剖面上衬砌或路基内部的钢筋聚焦为点状结构，最后基于钢筋等点目标与反射界面(混凝土与黏土层或围岩界面)等层特征的区别，采用基于形态成分分析的稀疏分离方法分离出钢筋结构、反射界面等不同的形态成分。该方法有助于提高隧道衬砌和铁路路基检测的准确度，为隧道和铁路维护提供有力依据。

技术领域

本发明属于地质雷达信号的信号处理领域，特别涉及一种地质雷达B-scan数据处理方法。

背景技术

隧道施工是公路和铁路建设中的一个重要问题，其中隧道衬砌施工是目前隧道施工中的一个重要环节。后期的隧道衬砌检测是对施工质量的一个重要评判。另一方面，铁路路基病害诱发路基失稳，是影响铁路安全运营的重要因素，开展有效的铁路路基检测方法具有重要意义。布置于检测目标表面的地质雷达(Ground-penetrating Radar，GPR)通过发射天线发射宽频带短脉冲的高频电磁波，电磁波在衬砌、路基及更深层介质的传播过程中经过存在电性差异的介质体或者界面时产生的反射信号被布置于表层的接收天线接收。地质雷达具有超浅层勘探的独特优势，是一种快速的高分辨率无损检测方法，在隧道以及路基检测中具有广泛应用。

目前基于地质雷达B-scan数据的信号处理方法主要有

现有技术1：平均值减去法

(1)在B-scan剖面上选取连续的若干道，将这些道对应时间点的值累加并除以道数，从而得到平均道；

(2)对B-scan上的每一道减去(1)中的平均道，得到最终的数据处理结果；

现有技术1的缺点：

由于实际地质雷达数据较为复杂，用于计算平均道的道数较难选择，选择不当时易对有用信号造成损伤，从而影响后续的衬砌异常检测；该方法假设杂波及界面反射信号在B-scan剖面上呈现为严格的水平结构，而实际的接收数据通常不满足该假设，因此该方法的处理效果会受到一定的限制；

现有技术2：滤波方法

在B-scan剖面上，杂波的主要成分及界面反射信号通常表现为水平的带状结构，且杂波的主要成分通常在剖面的最上方，而钢筋反射信号为抛物线形态，利用它们在时间-空间域的特征区别或者在频率-波数域的不同分布区域，可以设计时间-空间域滤波器或者频率-波数域滤波器，从而将两种成分进行分离；

现有技术2的缺点：

这些滤波器通常是基于数值模拟设定滤波参数，而实际的地质雷达B-scan剖面和模拟剖面会有一定的偏差，因为将设定的滤波器参数用于实际的B-scan剖面处理时，会导致滤波参数难以设置合适的问题，从而影响后续的分离效果以及检测效果。

发明内容

基于此，本公开揭示了一种地质雷达B-scan数据处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S100、对B-scan剖面上的每一道数据(A-scan)，采用谱白化拓频方法进行处理，得到高时间分辨率的B-scan剖面；

S200、基于相位移偏移成像方法，对高时间分辨率B-scan数据进行二维偏移成像，得到B-scan成像剖面；

S300、基于形态成分分析方法，对步骤S200得到的B-scan成像剖面进行迭代稀疏分离；

S400、对经过迭代稀疏分离出的结果，分析其点状特性和层状结构。

本发明具有如下有益效果：