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1、Hilbert變更在探地雷達數(shù)據(jù)處置懲罰中的應(yīng)用摘要希爾伯特Hilbert變更是信號闡發(fā)處置懲罰技能中的一種緊張要領(lǐng),能有用地提取龐大信號的瞬時參數(shù)瞬時振幅、瞬時相位和瞬時頻率。本文詳細研究了該算法,并將其應(yīng)用于現(xiàn)實探地雷達數(shù)據(jù)處置懲罰中,得到瞬時參數(shù)剖面圖,處置懲罰結(jié)果表白該算法能有用增長信號的區(qū)分率,進步探地雷達的說明精度。關(guān)鍵字Hilbert變更,探地雷達,信號處置懲罰,瞬時參數(shù)探地雷達GrundPenetratingRadar是近幾年敏捷生長起來高區(qū)分高服從的無損探測技能,向地下發(fā)送脈沖情勢的高頻寬帶電磁波,利用地下介質(zhì)電性參數(shù)差異,按照回波信號的振幅、波形和頻率等活動學(xué)特性來闡發(fā)和推
2、斷介質(zhì)布局和物性特性,具有快速便捷、操縱簡樸、抗滋擾和園地順應(yīng)本領(lǐng)強、探測區(qū)分率高等方面的特點,如今已成為工程檢測和勘探最為活潑的技能要領(lǐng)之一。雷達的探測必需履歷數(shù)據(jù)的網(wǎng)羅、處置懲罰息爭釋等三個步調(diào),數(shù)據(jù)處置懲罰的目的就是要壓抑滋擾,以最大限度的區(qū)分在雷達圖像剖面上表現(xiàn)反射波,提取有用信息,因此信號處置懲罰的優(yōu)劣直接干系到終極資料說明的準確與否,是至為關(guān)鍵的一步。探地雷達的資料處置懲罰在理論上屬于數(shù)字信號處置懲罰領(lǐng)域,希爾伯特Hilbert變更在本質(zhì)上是一種全通濾波器,是信號闡發(fā)處置懲罰中的一種緊張要領(lǐng),Hilbert變更奇妙地應(yīng)用剖析表達式中的實部與虛部的正弦和余弦干系,界說出恣意時候的瞬時
3、頻率、瞬時相位及瞬時幅度,使得對付短信號和龐大信號的瞬時參數(shù)的提取成為大概,從而能更有用地、真實地獵取信號中所含的信息,有利于闡發(fā)地下介質(zhì)的漫衍環(huán)境。本文將Hilbert變更用于探地雷達資料的數(shù)據(jù)處置懲罰中,提取出瞬時振幅、瞬時相位和瞬時頻率,即“三瞬信息,為后續(xù)的雷達資料說明提供了很好的根據(jù)。2.1Hilbert變更公式雷達記載x(t)的Hilbert變更公式1變更因子的時間相應(yīng)h(t)為2其頻率相應(yīng)由上式可知,一個是實信號顛末Hilbert變更之后,相位譜要產(chǎn)生90相移,因此Hilbert變更又可稱為90相移濾波。2.2Hilbert變更算法設(shè)一個剖析信號可表現(xiàn)為依靠于時間的復(fù)變量(3)式
4、中,x(t)是信號自己,y(t)是它的正交。正交是記載信號的90相移翻版。對x(t)作Hilbert變更就可得到(4)代入方程(3),我們有:(5)或(6)如許,要得到探地雷達單道x(t)的剖析信號u(t)只要對該道加上以下算子:當在傅立葉變更域中是剖析的,這個算子對負頻率就是零。因此復(fù)數(shù)道u(t)不包羅負頻率身分。一旦算出了u(t),就可以指數(shù)情勢表達:(7)式中(8)及(9)這里R(t)代表瞬時振幅,(t)代表瞬時相位。對瞬時相位還可用下面另一種要領(lǐng)盤算。對方程7雙方取對數(shù)得,(10)因此(11)式中,I是虛部。瞬時頻率是瞬時相位函數(shù)的時間變革速率:(12)對方程(11)對時間求導(dǎo):(13
5、)為現(xiàn)實實現(xiàn),方程(13)寫成差分方程:(14)末了對方程(14)簡化得,(15)本文利用Hilbert變更算法對某地下人防通道網(wǎng)羅的探地雷達數(shù)據(jù)舉行了處置懲罰,探測天線為100Hz,剖面時間窗為140ns,處置懲罰結(jié)果如圖1所示,橢圓圈出人防通道的詳細位置。圖1(a)是原始剖面,(b)是對原始剖面舉行Hilbert變更后的瞬時振幅剖面,()是對原始剖面舉行Hilbert變更的瞬時相位剖面,(d)是對原始剖面舉行變Hilbert變更的瞬時頻率剖面。從結(jié)果比擬來看,Hilbert變更對公路塌陷有精良的反響,在Hilbert變更運算歷程中,通過求取瞬時振幅、瞬時相位和瞬時頻率剖面,強化了介質(zhì)對雷達
6、波的反射和汲取比擬度,從而在某種程度上可以進步非常信號的區(qū)分本領(lǐng)。圖1Hilbert剖面Hilbert變更展現(xiàn)了由傅里葉變更接洽的時域和頻域之間的一種等價交換干系,Hilbert變更作為一種信號處置懲罰算法,能有用地提取出探地雷達龐大信號的“三瞬信息,從上面的闡發(fā)和應(yīng)用結(jié)果也可以看出,顛末Hilbert變更后的雷達剖面圖較原始的雷達時距剖面圖更為清楚,瞬時多參數(shù)波形剖面彼此參照綜合闡發(fā),制止了由于單一利用時距剖面闡發(fā)所造成的說明缺點,進步了探地雷達的說明精度。1李大心.探地雷達要領(lǐng)及應(yīng)用.北京:地質(zhì)出書社,19942劉洪林,周磊.希爾伯特變更在測井資料數(shù)據(jù)處置懲罰中的應(yīng)用J.大慶石油學(xué)院學(xué)報,1998,22(3):912.3張賢能.當代信號處置懲罰.北京:清華大學(xué)出書社.19994謝雄耀,萬明浩.復(fù)信號闡發(fā)技能在地質(zhì)雷達信號處置懲罰中的應(yīng)用J.物探化探盤算技能.2022(5):1081225張英德,劉江平,劉良瓊.Hilber
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