探地雷达正反演理论与信号处理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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舒志乐刘保县刘新荣朱成红... 编

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• 探地雷达
• GPR
• 反演
• 信号处理
• 地球物理
• 勘探
• 无损检测
• 电磁波
• 地下成像
• 数值模拟

店铺： 博睿图书

出版社： 科学

ISBN：9787030521224

商品编码：13514110878

出版时间：2017-03-01

>基本信息

• 商品名称：探地雷达正反演理论与信号处理
• 作者：舒志乐//刘保县//刘新荣//朱成红
• 定价：78
• 出版社：科学
• ISBN号：9787030521224

>其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2017-03-01
• 印刷时间：2017-03-01
• 版次：1
• 印次：1
• 开本：
• 页数：157

内容提要

探地雷达具有无损、高效、抗干扰能力强、操作方便、成本低、受检测条件限制小和检测精度高的特点，自1970年美国生产出**台商用雷达起，国内外学者或公司便根据各自的研究目标，对其开展了广泛的开发和应用研究。舒志乐、刘保县、刘新荣、朱成红著的《探地雷达正反演理论与信号处理》详细介绍探地雷达的有关基本理论、数据处理方法、正反演理论、资料解释流程和方法以及典型工程应用。本书共分为8章，主要内容包括探地雷达的物理模型试验、探地雷达的正反演理论及程序实现、资料处理与解释和工程应用，并提出二、三维联合检测技术。本书题材大多来自科研和工程实践，注重理论与实践相结合，在内容安排上注重理论的系统性并兼顾各类工程实际。
    本书可供高等院校土木工程、交通工程、矿业工程、隧道工程、道路工程、市政工程等领域的科研和工程技术人员参考。
    

目录

1绪论1.1研究意义1.2探地雷达技术国内外研究现状1.2.1探测雷达正演研究现状1.2.2探地雷达偏移技术研究现状1.2.3探地雷达信号滤波研究现状1.2.4探地雷达反演研究现状1.2.5探地雷达在隧道衬砌检测中的应用现状1.3本书内容安排2空洞物理模型探地雷达探测2.1探地雷达基本理论2.1.1波动方程2.1.2平面电磁波在无耗介质中的传播2.1.3平面电磁波在有耗介质中的传播2.1.4平面波在介质分界面的反射和透射2.2试验探测方法和探测仪器2.2.1探测方法2.2.2试验仪器2.2.3RAMACProEx系统的性能指标和技术参数2.3RAMACProEx系统的数据采集及处理软件2.3.1Groundvision2数据采集软件2.3.2REFLEXW数据处理软件2.3.3EASY-3D软件2.4探地雷达图像解释2.4.1单道波形图解释2.4.2时间-深度剖面图解释2.4.32D剖面和3D立体图解释2.5空洞物理模型试验设计与测试2.5.1模型边界对探地雷达数据采集的影响2.5.2空洞模型设计与制作2.5.3空洞模型试验方案2.5.4模型介质探地雷达电磁波速度测定2.6测试数据常规处理解释与可视化2.6.1空洞模型二维测试图谱特征
2.6.2空洞模型三维测试可视化及图谱特征
2.7圆形空洞物理模型试验2.8隧道衬砌探地雷达三维探测合理测线间距探讨3探地雷达常规数据处理方法3.1探地雷达数据显示形式3.2探地雷达常规数据处理方法3.2.1数据预处理3.2.2一维频率域滤波3.3频率波数域滤波3.4预测反褶积压制多次波4合成孔径探地雷达(sAR)成像技术4.1探地雷达波速的测定4.2F-K偏移成像4.2.1F-K偏移成像算法原理4.2.2F-K偏移成像技术的实现5探地雷达信号平衡多小波变换滤波技术5.1多小波的多分辨率分析5.1.1多尺度函数5.1.2多小波函数5.2CL4多小波构造与性质5.2.1CL4多小波构造5.2.2多小波的性质5.3CL4多小波变换5.3.1CL4多小波的分解算法5.3.2CL4多小波的重构算法5.3.3CL4多小波预处理的*要性及平衡化5.3.4边界处理方法5.4CL4平衡多小波阈值滤波算法5.4.1多小波滤波的基本原理5.4.2多小波闽值滤波方法5.4.3探地雷达信号滤波算法实现5.5探地雷达信号多小波阈值滤波效果与分析6隧道衬砌内空洞探地雷达FDTD法正演模拟
6.1FDTD法的基本原理6.1.1MaxweU方程组6.1.2Yee元胞6.1.3二维空间TM波FDTD方程6.1.4三维空间FDTD方程6.2FDTD法解的稳定性和数值色散6.2.1Courant稳定性条件6.2.2FDTD法数值色散6.3UPML吸收边界条件6.3.1三维导电介质UPML吸收边界6.3.2二维导电介质UPML吸收边界6.3.3UPML吸收边界的参数设置6.4RAMAC探地雷达数据存储和写入6.4.1RAMAC系统数据存储格式6.4.2RAMAC雷达数据MATLAB读写实现6.5FDTD算法计算机程序实现6.5.1激励源的类型和设置6.5.2FDTD法数值模拟计算流程6.6探地雷达FDTD法二、三维空洞模型正演模拟
6.6.1二维空洞模型正演模拟
6.6.2三维空洞模型正演模拟
7探地雷达探测遗传算法正则化反演7.1探地雷达反演的数学物理模型7.1.1探地雷达反演问题的一般格式7.1.2二维TM波介电常数反演模型7.1.3探地雷达反演模型的数学适定性7.2Tikhonov正则化方法7.2.1不适定问题的正则化7.2.2Tikhonov正则化原理7.2.3探地雷达探测正则化反演目标函数构制7.3实数编码遗传算法基本原理与方法7.3.1遗传算法的基本原理7.3.2实数编码方法7.3.3遗传算法的实现技术7.4实数编码遗传算法反演的计算机程序实现7.5空洞模型介电常数反演结果与分析8探地雷达二、三维联合探测在隧道衬砌检测中的应用8.1忻保高速公路概况8.2工程地质概述8.2.1大南陌隧道工程地质概况8.2.2西南沟1#隧道工程地质概况8.3隧道衬砌探地雷达二、三维联合检测方案与流程8.3.1二、三维联合检测现场测线布置8.3.2二、三维联合检测流程与实施8.4不良病害探地雷达二、三维联合检测效果与验证
8.4.1脱空层二、三维联合检测8.4.2不密实带二、三维联合检测参考文献

探测宇宙的脉搏：从地层奥秘到信号解码的科学之旅 我们生活的地球，一层层堆叠的地质构造，隐藏着无数不为人知的秘密。从深邃的地下水脉，到古老的文明遗迹，再到支撑现代基础设施的工程结构，它们都默默地诉说着地球的故事。然而，这层层叠叠的“面纱”常常阻碍我们直接窥探其内部的真实面貌。幸运的是，人类智慧的结晶——大地探测技术，为我们打开了一扇窥视地下的窗口。 本书并非探究雷达本身的技术细节，而是将视角聚焦于大地探测的宏大图景。我们将一同踏上一段探索地球深层奥秘的科学之旅，从根本上理解那些无形的力量如何作用于地层，以及我们如何巧妙地捕捉和解读这些来自地球内部的“低语”。 第一部分：理解大地：物理世界的基石 在深入探讨探测技术之前，我们必须首先建立对地球内部物理性质的深刻理解。这部分将带领读者回顾并深化对以下关键物理概念的认知，这些概念构成了大地探测的理论基础： 波动传播的基本原理： 任何探测技术都离不开能量的传播。我们将从最基础的波动方程出发，理解波（如电磁波、地震波）在不同介质中的传播特性，包括其速度、频率、波长以及重要的传播现象，如反射、折射、衍射和散射。这一部分的重点将是理解这些物理现象如何受到介质性质（密度、弹性模量、介电常数、磁导率等）的影响，从而为后续的探测信号分析奠定基础。我们将讨论不同类型的波在地下传播时会发生怎样的变化，以及这些变化中蕴含的关于地下结构和物质的信息。 电磁场与物质的相互作用： 探地雷达等技术的核心在于利用电磁波与地下物质的相互作用。我们将深入探讨电磁场的基本定律（麦克斯韦方程组），并重点关注它们在介质中的行为。这意味着我们将讨论物质的电导率、介电常数和磁导率如何影响电磁波的传播速度、衰减以及反射。理解这些参数的物理意义，以及它们在地层中的变化如何指示不同的地下物质（如土壤、岩石、水、金属等），是解读探测信号的关键。我们将探讨如何通过测量这些参数的微小变化来推断地下物质的成分、结构和状态。 声波（地震波）与地层动力学： 虽然本书不侧重于地震勘探，但理解声波（或地震波）在地层中的传播及其与岩石力学性质的关系，有助于我们更全面地认识大地探测的原理。我们将简要介绍弹性波理论，以及岩石的弹性模量、泊松比等参数如何影响地震波的速度和振幅。这部分将为理解不同探测手段的互补性提供背景知识，并强调不同物理原理在探测地下信息中的作用。 第二部分：大地探测的理论基石：从信号到结构的映射 当能量（如电磁波）与地下物质发生交互后，便产生了我们能够探测到的信号。然而，这些原始信号往往是杂乱无章的，并不能直接揭示地下结构。这部分将深入探讨如何从这些原始信号中提取有用的信息，并将其转化为对地下结构的认识： 正演模拟：模拟地下世界的回响： 在我们能够准确解释地下信息之前，首先需要理解“正向问题”，即如果我们知道地下的结构和物质分布，那么会产生怎样的探测信号。这部分将详细阐述如何利用物理定律，建立数学模型来模拟电磁波（或其他探测波）在特定地下环境中的传播过程，并计算出探测器接收到的信号。我们将讨论不同地下结构（如平面界面、球体、不规则层状结构等）和不同物质参数（高介电常数、低介电常数等）如何对应不同的正演信号特征。理解正演过程，能帮助我们直观地认识地下特征与探测信号之间的内在联系。 反演理论：从信号解码地下真实： 真实的大地探测任务是从接收到的信号出发，反推出地下结构和物质分布。这便是“反向问题”——反演。这部分将是本书的理论核心之一。我们将介绍各种反演方法，包括： 基于物理模型的反演： 利用前面介绍的正演模型，通过迭代优化或求解非线性方程组，寻找最能匹配观测数据的地下模型参数。我们将讨论不同优化算法的原理和适用性，以及如何处理模型的不适定性问题（即同一个观测数据可能对应多个不同的地下模型）。 数据驱动与机器学习方法： 随着计算能力的提升，我们也将探讨如何利用大数据和机器学习算法，通过对大量已知的正演和实测数据的学习，来直接预测地下结构。这包括模式识别、特征提取以及基于神经网络的预测模型等。我们将分析这些方法在处理复杂地质环境和大规模数据时的优势和局限性。 不确定性量化与模型选择： 真实世界总是充满不确定性。我们将讨论如何评估反演结果的可靠性，以及如何量化模型参数的不确定性。这包括贝叶斯反演、蒙特卡洛方法等，旨在为用户提供更全面的地下信息解读。 信号的数学表示与处理： 无论是正演还是反演，都离不开对信号的精确数学描述和处理。我们将回顾傅里叶分析、拉普拉斯变换等信号处理的经典工具，理解它们如何帮助我们分析信号的频率成分、时域特性以及衰减规律。此外，还将介绍小波分析等更先进的信号处理技术，它们在处理非平稳信号和提取局部特征方面具有独特的优势。 第三部分：信号处理的艺术：净化与提炼的智慧 原始的探测信号往往受到各种噪声的干扰，并且可能包含一些非地质因素的影响。因此，有效的信号处理是获得准确地下图像的关键步骤。这部分将聚焦于如何净化和提炼探测信号，使其更清晰地揭示地下信息： 噪声的来源与抑制： 我们将详细分析电磁干扰、仪器噪声、环境噪声等各种噪声的来源，以及它们对探测信号可能造成的影响。在此基础上，我们将介绍各种经典的信号降噪技术，如滤波（低通、高通、带通）、均值滤波、中值滤波等，以及一些更复杂的自适应滤波算法。重点在于理解不同降噪方法的作用机理，以及如何根据信号特性选择最合适的降噪策略。 信号的增强与特征提取： 除了去除噪声，我们还需要增强信号中与地下结构相关的有用成分。这包括： 振幅和相位分析： 如何通过分析信号的振幅变化和相位延迟来识别地层的边界和物质的差异。 时域与频域特征分析： 识别信号在不同时间段或不同频率下的特征，例如反射波的出现时间、衰减速率、频率偏移等，这些都与地下目标的深度、大小、介电特性等密切相关。 数据融合与多尺度分析： 当使用多种探测手段或在不同分辨率下进行探测时，如何将不同来源的信号进行有效融合，以获得更全面、更精细的地下图像。 数据可视化与图像重建： 最终，我们希望将处理后的信号转化为直观的地下图像。这部分将介绍各种数据可视化技术，如何将一维的信号数据转化为二维的剖面图或三维的地下模型。我们将探讨不同的图像重建算法，以及如何通过合理的色彩映射、纹理渲染等方式，更有效地传达地下结构的信息。 本书的价值与意义 本书的目的是构建一个严谨而全面的大地探测理论框架，从最基本的物理原理出发，逐步深入到复杂的信号处理和反演技术。它将帮助读者理解： 为什么探测技术能够“看见”地下： 揭示其背后的物理机制和数学原理。 如何从模糊的信号中提取精确的信息： 掌握数据处理和反演的精髓。 如何评估探测结果的可靠性： 培养科学的批判性思维。 本书并非一本纯粹的技术手册，而是倡导一种跨学科的思维方式。它融合了物理学、数学、计算机科学以及地球科学的知识，旨在培养读者解决复杂地下探测问题的能力。无论是从事地质勘探、工程建设、环境监测，还是考古研究，掌握这些理论基础都将为您提供强大的工具和深刻的洞察力，帮助您更有效地探索和理解我们脚下的这片土地。 通过本书的学习，您将能够更深刻地理解那些支撑我们现代文明的地下基础设施，更有效地寻找深埋地下的宝藏，更精准地评估环境风险，甚至窥探历史留下的痕迹。这趟探索宇宙脉搏的旅程，将开启您对地球更深层次的认知，并为您在相关领域的研究和实践提供坚实的理论支撑。

评分☆☆☆☆☆

评价四： 我是一个对新兴技术充满好奇的爱好者，对那些能够“看见”我们看不见事物的技术尤其感兴趣。当我在书店看到《探地雷达正反演理论与信号处理》这本书时，就被它“探地”这个关键词吸引了。虽然我不是专业人士，但书中用相对易懂的语言，介绍了探地雷达的基本原理，比如电磁波是如何发射出去，然后又如何被地下物体反射回来，最终被接收到的。书中关于“正演”的讲解，让我理解了如何模拟雷达信号的产生过程，这就像是在“创造”一个虚拟的地下世界，看看不同结构会对信号产生怎样的影响。而“反演”则更像是“侦探工作”，通过观察实际接收到的信号，去推断出地下到底有什么东西，有多深，是什么样的物质。我特别感兴趣的是书中关于如何处理那些模糊不清、充满干扰的信号的部分，这让我想到在现实生活中，我们看事物也常常需要“去噪”和“聚焦”，才能看到真相。我希望通过这本书，能够大致了解这项技术是如何工作的，以及它在考古、地质勘探等领域的应用。

评分☆☆☆☆☆

评价二： 作为一名在工程领域摸爬滚打多年的老兵，我接触过不少关于地下探测的资料，但往往要么过于理论化，要么过于技术化，很难找到一本既能讲透原理又能贴近实际应用的书。这次偶然翻阅到《探地雷达正反演理论与信号处理》，真是眼前一亮。书中开篇就点明了探地雷达在基础设施检测、地下管线定位等实际工程中的重要作用，这让我倍感亲切。随后的章节，更是深入探讨了信号的产生、传播、接收以及复杂的反演过程，这一点非常关键。我曾经在实际工作中遇到过一些由于信号处理不当而导致的数据解读偏差，深知这一环的重要性。书中关于数据去噪、滤波、以及各种层析成像技术（如CMP、GPR切片等）的介绍，如果能结合一些实际的案例分析，那将是锦上添花了。我尤其关注书中关于“信号处理”的部分，期待能从中找到提升数据处理效率和准确性的方法，从而更好地解决实际工程中的难题。

评分☆☆☆☆☆

评价三： 我是一名在读的地球物理专业研究生，目前的研究方向涉及到一些地下结构的成像和解释。在导师的推荐下，我接触到了《探地雷达正反演理论与信号处理》。从我初步的阅读体验来看，这本书在理论深度上做得相当不错，它不仅仅是停留在概念的介绍，而是深入到了数学模型和算法的推导。例如，书中关于电磁波方程的讲解，以及如何通过数值方法来求解正反演问题，都展现了其学术严谨性。我特别喜欢书中对于不同雷达系统（如步进频率、脉冲雷达）及其在不同应用场景下的适用性的分析，这对于我选择合适的研究工具非常有帮助。我还在探索书中关于“反演”部分的内容，尤其是对于非线性和病态的反演问题的处理方法，这正是我目前研究中遇到的瓶颈。如果书中能够提供一些更详细的算法伪代码或开源代码链接，那就更完美了，这将极大地便利我的实践操作。

评分☆☆☆☆☆

评价一： 这本书的封面设计就有一种沉静而专业的质感，仿佛蕴藏着科学探索的深邃。我是一名地质勘探领域的初学者，一直对地下世界的神秘充满好奇，也希望能掌握一些能够“透视”大地的技术。在朋友的推荐下，我购入了这本《探地雷达正反演理论与信号处理》。尽管我才刚翻开几页，但书中清晰的图示和循序渐进的讲解，已经让我对探地雷达这项技术有了初步的认识。它不像很多科普读物那样浅尝辄止，而是从最根本的原理讲起，比如电磁波在不同介质中的传播特性，以及反射和折射的规律。这一点对于我这样需要扎实理论基础的读者来说至关重要。我已经迫不及待地想了解书中关于“正反演”的部分，因为我听说这是探地雷达能够真正“看清”地下结构的灵魂所在。那种将微弱的信号转化为有意义的地下图像的过程，对我来说充满了科技的魅力。希望通过这本书的学习，我能真正理解探地雷达的工作机制，并将其运用到我未来的学习和工作中。

评分☆☆☆☆☆

评价五： 这本书的装帧设计颇具匠心，纸张的质感和印刷的清晰度都给我留下了深刻的印象，这无疑为阅读体验增添了不少分数。我是一位在仪器研发领域工作的工程师，主要负责一些微弱信号的采集与处理。探地雷达技术所涉及到的信号处理部分，恰好是我非常感兴趣且需要深入了解的领域。书中关于探地雷达信号的特性、常见的干扰源以及各种有效的去噪和滤波方法（如小波去噪、经验模态分解等）的论述，对我来说具有很强的指导意义。我尤其关注书中对“信号处理”算法的详细介绍，包括其背后的数学原理和实现细节。如果书中能够进一步探讨在实际采集过程中可能遇到的各种非理想情况，例如传感器误差、多径效应等，并给出相应的解决方案，那将是极大的帮助。我还希望能看到书中对不同反演算法（如迭代重构、机器学习方法）的比较分析，这对于我们选择最优算法来提升成像精度至关重要。