机载探地雷达数据噪声压制研究

Many kinds of noise such as ground clutter and multiple waves are included in the raw data because of the particularity of air-borne ground penetrating radar. Until now, the traditional GPR data processing procedures are adopted in air-bore GPR filed data processing except elevation correction, which does not promise a high quality radar image. In order to improve the air-borne GPR image quality, signal including target signal and noise will be accurately simulated in this project according to the property of air-borne GPR, and the characteristic of these signals will be analyzed. Suitable air-borne GPR multiple removal method will be proposed according to these multiple removal method successfully used in exploration seismic. A fast and accurate simulation method combined with multi-region FDTD and DEM data will be proposed to modeling ground clutter signal, which could be subtracted from the raw air-borne GPR data in the purpose of complete suppression of the ground clutter signal. Those proposed methods will be firstly tested by synthetic data, and then will be used to process real air-borne GPR data. This research will definitely improve the detection ability of airborne GPR.

由于机载探地雷达的特殊性，雷达数据中往往包含各种噪声信号，如地表杂波及各种多次波等。目前为止，机载探地雷达数据处理中，除了高度校正之外，其他处理方法仍然沿用传统地面探地雷达数据处理方法，这并不能保证获得高质量的雷达图像。为了获得高质量的机载探地雷达图像，本项目针对机载探地雷达的特点，精确模拟包括目标信号和噪声信号在内的雷达信号，分析各种噪声信号的特征规律。结合勘探地震中现有的多次波去除方法，提出适用于机载探地雷达多次波的压制方法。结合高分辨率DEM地形数据，采用多区域时间域有限差分方法，提出一种快速准确模拟地表杂波的方法，从而达到彻底压制地表杂波的目的。研究的多次波及地表杂波等噪声信号压制方法首先通过合成数据进行检验，然后应用于实际机载探地雷达数据处理。本研究的开展，将提高机载探地雷达的探测能力。

由于机载探地雷达的特殊性，雷达数据中往往包含各种噪声。目前为止，机载探地雷达数据处理中，除了高度校正之外，其他处理方法仍然沿用传统地面探地雷达数据处理方法，这并不能保证获得高质量的雷达图像。为了获得高质量的机载探地雷达图像，本课题提出了一套针对机载探地雷达数据的处理流程，并将提出的数据处理流程应用于实测机载雷达数据。结合GPS和激光高度计数据，对原始的机载探地雷达数据进行了高度校正，校正后的雷达剖面更直观的揭示地下结构。为了压制雷达剖面中的地表杂波，采用勘探地震中的逆时偏移成像技术，对原始机载探地雷达数据进行偏移，结果表明来自起伏地表的散射波能量得到聚焦，一定程度上压制了地表杂波。与此同时，我们采用拉东变换的方法，将数据变换拉东域，从而实现对其进行滤波，可以消除随机噪声。卷积稀疏编码技术是机器学习中常用的技术，通过对高信噪比的机载雷达数据进行训练，获得并挑选合适的滤波器，进行对低信噪比的机载探地雷达数据进行处理可以获得高信噪比的数据。本课题提出的数据处理方法流程可以为今后南极科考中的机载探地雷达进行大批量处理提供一种参考。