多角度探测模式下结合Hough变换与SVR的墙后目标定位算法

多普勒穿墙雷达在定位墙后目标时,存在以下两个难点:(1)准确获取频率混叠区域目标瞬时频率;(2)通过获取精确的墙体参数来减小墙体对定位造成的影响。针对以上问题该文提出了一种结合Hough变换和支持向量回归-BP神经网络的目标定位算法。该文首先设计了一种多视角融合穿墙目标探测模型框架,通过获取不同视角下的目标位置来提供辅助估计墙体参数信息;其次,结合差分进化算法和切比雪夫插值多项式提出了一种目标瞬时频率曲线的高精度提取和估计算法;最后,利用估计的墙体参数信息,提出了一种基于BP神经网络的目标运动轨迹补偿算法,抑制了障碍物对目标定位结果的扭曲影响,实现了对墙后目标的精确定位。实验结果表明,相较于传统的短时傅里叶方法,该文所述方法可以准确提取时频混叠区域的目标瞬时频率曲线并减小墙体造成的影响,从而实现墙后多目标的准确定位,整体定位精度提升了约85%。

高频探地雷达在古城墙修复效果评价中的应用

在长期环境污染、自然因素和人为因素的共同影响和作用下,明长城得胜堡墙体结构出现了裂隙、空鼓开裂、墙体基础掏蚀、酥碱、植物根系等病害。研究利用探地雷达技术分别对得胜堡三个代表性城墙区域进行检测,探地雷达剖面图显示修缮后的城墙体状况有明显的改观,特别是经过传统逐层夯筑法修缮后的古城墙体,每层夯筑层连续性好,无明显异常,清晰可获得均匀的夯筑层厚度为0.02 m,可有效防治裂隙、空鼓、毛细现象及动植物等病害。采用土坯砖垒砌法修缮的城墙虽然在一定程度上起到了保护的作用,但由于土坯砖间连接的不密实,容易为毛细水、自然降水、动植物等提供产生裂隙、空鼓、生物等病害的条件,对于城墙的长久保存效果仍不够理想。采用探地雷达可快速了解古城墙的保存现状和修复性能,适宜开展大面积古城墙调查。

基于遗传算法的无人机载穿墙三维SAR航迹规划方法

传统手持或车载穿墙雷达由于架设高度受限,无法对城市高层建筑内部目标进行透视成像,无人机载穿墙雷达具有灵活机动、高效便捷、无高度限制等优势,可对城市高层楼宇进行大范围三维穿透探测。三维层析合成孔径雷达(SAR)成像广泛采用多基线扫描模式,以获得高度向高分辨能力,但存在高度向空域欠采样导致的栅瓣问题。对此,该文提出一种基于遗传算法的无人机载穿墙三维SAR航迹规划方法,通过非均匀化飞行航迹,削弱周期性的雷达回波能量叠加,从而抑制栅瓣、实现更优的成像质量。该算法结合飞行距离与无人机载穿墙雷达成像质量的内在关系,建立了无人机航迹规划代价函数;利用遗传算法对3种典型的无人机飞行轨迹关键控制点进行基因编码,并进行基因杂交、变异等以优化种群与个体;最终通过最小化代价函数,分别筛选出3种典型飞行模式下的最优飞行航迹。仿真和实测数据的三维成像结果表明:相较于传统等间距多基线飞行模式,所提方法显著抑制了成像目标的栅瓣效应;此外,无人机斜线飞行的航迹长度明显缩短,提高了无人机载穿墙SAR成像效率。

基于微多普勒角点特征与Non-Local机制的穿墙雷达人体步态异常终止行为辨识技术

穿墙雷达能够穿透建筑物墙体,实现室内人体目标探测。利用深度学习提取不同肢节点的微多普勒特征,可以有效辨识障碍物后的人体行为。但是,当生成训练、验证集与生成测试集的受试者不同时,基于深度学习的行为识别方法测试准确率相对验证准确率往往较低,泛化能力较差。因此,该文提出一种基于微多普勒角点特征与Non-Local机制的穿墙雷达人体步态异常终止行为辨识技术。该方法利用Harris与Moravec检测器提取雷达图像上的角点特征,建立角点特征数据集;利用多链路并行卷积和Non-Local机制构建全局上下文信息提取网络,学习图像像素的全局分布特征;将全局上下文信息提取网络重复堆叠4次得到角点语义特征图,经多层感知机输出行为预测概率。仿真和实测结果表明,所提方法可以有效识别室内人体步行过程中存在的坐卧、跌倒等突发步态异常终止行为,在提升识别准确率、鲁棒性的前提下,有效控制泛化精度误差不超过6.4%。

探地雷达技术在挤压边墙混凝土脱空检测中的应用

挤压边墙作为面板与垫层料之间的过渡层,在面板混凝土施工之前,需要对挤压边墙与垫层料之间进行脱空检测。本文结合工程实例阐述了利用地质雷达技术对挤压边墙脱空检测的基本原理、图像特征、工作布置、参数选取等,并用开挖验证方式证明了地质雷达法在该领域的有效性与可靠性。

分布式无线组网超宽带穿墙雷达系统设计与联合定位

单发单收穿墙雷达具备便携、系统简单、可独立工作等优势,但难以实现目标二维定位与跟踪。该文基于便携式单发单收雷达设计了一套分布式无线组网穿墙雷达系统,同时提出了一种目标联合定位方法,能够兼顾系统便携、低成本和目标二维信息估计。首先,设计了基于互补格雷码发射波形的超宽带雷达系统,解决了同频段多台雷达同时工作互相干扰的问题;分布式无线组网超宽带穿墙雷达系统包括3个雷达节点,并通过无线模块与数据处理中心通信。其次,提出了一种基于行为认知理论和模板匹配相结合的数据同步方法,通过识别各雷达数据中的相同运动状态来解决无线组网雷达慢时同步问题,摆脱了传统同步方法对硬件的苛刻要求。最后,提出基于Levenberg-Marquardt(L-M)最优化算法的雷达位置自估计和目标位置求解方法,实现了无先验雷达节点位置信息下的目标快速定位与跟踪。通过仿真分析与实验验证,该文设计的无线组网雷达系统可以实现目标二维定位与实时跟踪,雷达自身位置的估计精度优于0.06 m,对运动人体目标定位精度优于0.62 m。

基于仿真样本迁移学习的穿墙雷达高分辨成像方法

针对带标注实测样本受限情况下的遮蔽多目标高分辨成像问题,提出一种基于迁移学习的穿墙雷达成像方法。首先,搭建生成对抗子网络实现带标签仿真数据到实测数据的迁移,解决带标签数据制作困难的问题;然后,联合使用注意力机制、自适应残差块及多尺度判别器提高图像迁移质量,引入结构一致性损失函数减小图像间的感知差异;最后,利用带标签数据训练穿墙雷达目标成像子网络,实现穿墙雷达多目标高分辨成像。实验结果表明,所提方法能有效缩小仿真图像和实测图像域间差异,实现穿墙雷达带标签伪实测图像生成,系统性解决了穿墙雷达遮蔽目标成像面临的旁/栅瓣鬼影干扰、目标图像散焦、多目标互扰等问题,在单、双和三目标场景下成像准确率分别达到98.24%,90.97%和55.17%,相比于传统CycleGAN方法,所提方法成像准确率分别提升了2.29%,40.28%和15.51%。

基于PS-InSAR的道路穿越区长城形变分析

随着交通网络不断扩展,现代道路穿越古老的长城,这种变化引发了长城的形变效应,成为引起广泛关注的议题。为了更深入地了解道路穿越长城对其形变的影响,研究采用了永久散射体合成孔径雷达干涉测量(PS-InSAR)技术,对长城周边区域进行了详细的形变分析。研究发现,道路穿越长城的行为明显影响了长城的形变情况,尤其是在特定区域出现了明显的地面沉降现象。这种形变表现为在道路穿越区域内的长城被拉伸和压缩,导致最大累积沉降量高达75.2 mm。在这些受影响的区域中,长城的沉降速率甚至达到了每年24.6 mm。通过对长城振动变形信息的综合分析和呈现,研究揭示了道路穿越长城对其造成的明显形变效应。这一研究成果不仅对长城的保护和管理具有重要的实际应用价值,还为类似地区的形变研究提供了参考和借鉴。

基于三维墙体补偿的快速重聚焦算法

超宽带穿墙雷达具备穿透墙体的能力,结合多输入多输出(MIMO)技术可以实现墙体后侧隐蔽目标的成像,为建筑物内人员检测和定位提供了丰富的信息。该文基于调频连续波(FMCW)体制下的多发多收超宽带穿墙雷达系统,提出了一种闭环干涉校准方法,校正了由系统内部误差产生的图像散焦。墙体的存在会导致目标成像位置偏离真实位置,该文推导了联合通道和像素点的三维墙体补偿算法,并基于其几何特性,提出快速重聚焦算法。首先去除墙体影响、确定目标存在区域;鉴于区域几何特性,选择适应区域形状的球坐标网格划分;分区域进行局部重聚焦,避免了因电磁波衰减导致成像结果中出现强目标掩盖弱目标的现象,并且球坐标形式的网格划分和局部成像大大缩减了算法耗时。通过仿真分析与实验验证,该文提出的系统校准方法能有效补偿系统误差,快速重聚焦算法可以实现墙后人体多目标三维定位,各维度定位精度优于10 cm,计算效率相对其余算法提升了5倍左右。从目标检测概率方面,所提算法相比其余算法不会出现弱目标的漏检。

基于爬墙机器人搭载高频雷达外墙保温装饰连接构造成像技术研究

针对高层和超高层建筑外墙外保温装饰层的连接构造探测难的问题,试验验证了基于爬墙机器人搭载高频雷达探测仪进行成像扫描检测的可行性,通过搭建典型外墙外保温构造进行了高频雷达探测成像的验证性测定,表明高频雷达爬墙机器人可实现精准的外墙保温板粘结构造的透射成像和定量化的测定。通过在实际的薄抹灰保温构造、轻质抹灰砂浆构造和石材幕墙3类工程上测定,表明该装备可在高层和超高层建筑上安全、方便、精准地对保温装饰层的隐蔽粘结构造进行无损的定量化成像探测,特别对石材幕墙的龙骨锚固成像进行了实际探测,取得了良好的成像效果,为建筑外墙装饰层与墙体结构连接质量和安全健康评估提供了解决方案。

Improved Multi-channel Blind Image Restoration Algorithm for UWB Radar

The imaging problem of low signal to noise ratio （SNR）echo is very important for ultra-wide band （UWB） through-wall radar. An improved multi-channel blind image restoration algorithm based on sub-space and constrained least square （CLS） is presented and applied to UWB radar system to deal with this issue. The high resolution of radar image is equivalent to multi-channel blind image restoration based on the improved model of the through-wall radar echo. And a new cost function is proposed to the multi-channel blind image restoration by considering the concept of sub-space as the limitation of blur identification. The proposed algorithm has all advantages of CLS and sub-space, and converts the image estimation to alternating-minimizing the two cost functions. Experimental results prove that the proposed algorithm is effective at improving the resolution of radar image even at low SNR.

何家沟水库大坝“台阶式”混凝土防渗墙质量综合物探检测与评价

为评价何家沟水库大坝“台阶式”混凝土防渗墙质量,先采用地质雷达法对防渗墙全段进行检测,并在混凝土防渗墙“台阶”两侧预埋钢管采用跨孔超声波法进行检测,对可能存在异常的区域钻孔取芯并开展压水试验,结合坝基防渗墙前后渗压计监测资料对防渗墙质量进行综合评价。结果表明,防渗墙未见重大质量缺陷,局部存在异常,整体工作性态正常。可见综合物探检测方法可有效地反映“台阶式”防渗墙的实际质量,相关技术的综合利用可为类似工程提供借鉴。

典型城市建筑材料的L波段电磁衰减特性研究

针对隔墙探测雷达的实际应用需求,研究了三种常见墙体对1~2 GHz电磁波的衰减特性.利用电磁波理论,仿真分析了这三种常见墙体的穿墙衰减特性;在微波暗室和隔墙情况下分别测试了电磁波的衰减,得到电磁波穿墙后的衰减值.实测结果表明,仿真结果和实测结果的衰减趋势基本一致;蒸压灰砂砖墙的电磁波衰减能力在三种常见墙体中最强,达到每厘米厚度衰减0.510~1.081d B.

双面叠合剪力墙竖向连接钢筋雷达法检测技术试验研究

为验证雷达法在双面叠合剪力墙竖向连接钢筋检测中的适用性,以钢筋锚固长度和间距为试验参数,设计制作了2组双面叠合剪力墙试件,并进行了基于雷达法的无损检测试验研究。结果表明:雷达法可用于双面叠合剪力墙竖向连接钢筋的检测,但存在一定的局限性,桁架钢筋对检测结果影响较大;当竖向连接钢筋距桁架钢筋较近时,雷达反射信号受到干扰,无法进行有效检测,当竖向连接钢筋距桁架钢筋较远时,雷达反射信号不受干扰,竖向连接钢筋在雷达图像上的反射信号清晰可辨;当雷达反射信号不受干扰时,对于竖向连接钢筋锚固长度和间距的检测,检测结果的相对误差分别<2%和6%。

探地雷达和高密度电法识别大坝塑性混凝土防渗墙渗漏缺陷研究

某水库大坝下游坝坡存在滑坡、散浸和集中渗漏,为了揭露出仅60 cm厚塑性混凝土防渗墙的渗漏缺陷,实现高效防渗补漏,本文综合采用高密度电阻率法、探地雷达法对塑性混凝土防渗墙的渗漏缺陷进行识别。经过两种物探法二维反演影像图比对印证,获得渗漏缺陷二维空间位置及规模,针对性地对其进行灌浆补强,大坝下游坝坡散浸区及集中渗漏点消失,险情得以有效解决。结果表明:综合高密度电阻率法、探地雷达法能较准确地解译出大坝塑性混凝土防渗墙渗漏缺陷区域位置及规模,相比单一物探法,误差率减少30%左右;大坝塑性混凝土防渗墙存在4个渗漏缺陷区,皆集中于坝顶以下深度9~23 m范围,结构质量较差;补强区防渗墙体的视电阻率得到极大提高,但相比原无缺陷区,依然偏低,其结构质量、密实度、抗渗透破坏性能和抗溶蚀衰减性能可能将弱于原无缺陷区。

分布式穿墙成像雷达空间配准方法

分布式穿墙成像雷达利用多个穿墙雷达节点在多个视角对室内目标协同探测,可以有效弥补传统单视角穿墙探测的不足。提出了一种基于高斯混合模型的分布式穿墙成像雷达空间配准方法,根据各个节点探测结果中多目标位置关系求解雷达节点位置。首先将各个雷达节点的量测点集建模为高斯混合模型;然后将雷达节点配准问题转化为求解最优坐标变换参数的优化问题;最后采用粒子群优化求解,实现雷达节点空间配准。仿真与实测结果验证了该方法的有效性。

反应式导航在地下自主行驶铲运机中的应用

基于"沿墙壁"的反应式导航技术,设计了铲运机自主导航算法。通过对铰接转向角和油门的控制,使铲运机车体与墙壁保持一定的安全距离和安全角度自主行驶。根据条形码技术设计了一种可识别的编码信标,该信标可以有不同的编码组合,利用激光雷达的扫描和这种编码信标可以实现对若干关键位置(例如起点、采掘点、倾倒点等)的判定,为导航决策系统提供精确的位置信息以做出行为决策。"沿墙壁"的反应式导航技术结合"信标识别"的关键位置判定技术,实现了地下铲运机的自主导航行驶。

新体制民用雷达与实时信息处理研究

随着天线制造技术、超宽带技术、合成孔径技术和信息处理技术的发展,雷达的体积不断减小,探测精度和成像分辨率大大提升,雷达开始在民用领域中活跃起来,尤其是应用于穿透成像、微波遥感成像、滑坡监测和机场异物检测等领域的民用雷达发展十分迅速。为了让民用雷达在复杂的自然环境中具有更高、更稳定的性能,雷达信息处理技术一直在不断创新。本文介绍了民用雷达的新趋势和新技术,以及探墙雷达、微型SAR、边坡雷达和异物检测(Foreign object debris,FOD)雷达实时信息处理的关键问题和解决方案。

地质雷达在挡墙检测中的应用

介绍了地质雷达检测挡墙的基本原理、方法及检测过程中相关参数的选择,并结合实际工程,对所测地质雷达图像进行分析解释,结果表明,地质雷达检测技术不仅操作方便、检测效率高,而且其分辨率高,相对误差较小,值得在实际工程中大力推广应用.

步进变频穿墙成像雷达中反投影算法研究

反投影(back-projection,BP)算法具有很高的成像精度并容易进行各种形式的补偿,是广泛应用于穿墙、探地等领域的一种有效的时域成像算法。该文把时域反投影算法应用到步进变频穿墙雷达成像中,并根据墙壁的参数提出了用最短时间法对墙壁的影响进行补偿。通过对实测数据的处理可以看出,反投影算法在穿墙雷达中具有很好的成像精度,最短时间法也能很好地补偿墙壁对目标成像位置的影响。