基于二維連續(xù)小波變換公路無損檢測方法研究.pdf

1、探地雷達(dá)技術(shù)用于路基路面的無損檢測始于80年代后期，歐、美最早應(yīng)用，在我國開始應(yīng)用的時間大約在90年代初。作為一種高新檢測技術(shù)，探地雷達(dá)應(yīng)用于公路質(zhì)量監(jiān)控的時間雖不長，但由于其測量精度高、能滿足測量誤差要求，并且測試速度快、能連續(xù)作業(yè)，因此在公路路面測試技術(shù)中應(yīng)用前景十分廣闊。 探地雷達(dá)檢測路面是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式，通過天線中的發(fā)射器將信號傳入地下，波在地下傳播過程中遇到不同電性介質(zhì)界面時，一部分電磁波能量被界面

2、反射回來，另一部分能量會繼續(xù)穿透界面進(jìn)入下一層介質(zhì)，各界面反射電磁波由天線中的接收器接收，再利用采樣技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號進(jìn)行處理。通過對電磁波反射信號(回波信號)的分析，便能了解到路面各層的特征信息。 從接收天線直接接收到的回波信號，是一個很復(fù)雜的含有多種成分的時域波形，其中包含著重要的路況信息，它主要由天線內(nèi)部反射波、天線末端反射波、地面反射波、路面各層間界面產(chǎn)生的反射波、隨機干擾等構(gòu)成，具有非平穩(wěn)性和脈沖信號非線性衰減等特

3、點。由于雷達(dá)信號的復(fù)雜性，在探地雷達(dá)路面檢測技術(shù)中，關(guān)鍵在于對回波信號進(jìn)行分析處理(如濾波、去噪、目標(biāo)特征提取等)，以獲取所需信息，從而才能進(jìn)行路面層厚度計算機裂縫識別等后續(xù)工作的開展。 現(xiàn)有的一些路用雷達(dá)軟件主要是利用快速傅立葉變換(FFT)來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的，但由于傅立葉變換無法實現(xiàn)局部特征分析，所以對于高頻的時變雷達(dá)回波來說，某些問題就顯得較難解決，如路面及路基中隱含裂縫、路面薄層的厚度探測等等。小波變換是當(dāng)前應(yīng)用數(shù)學(xué)中一個

4、迅速發(fā)展的新領(lǐng)域，它是一種信號的時間一尺度(時間-頻率)分析方法，在時一頻兩域都有良好的局部化特性，特別適合于處理非平穩(wěn)信號，并且在實際應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。 本文根據(jù)路用探地雷達(dá)回波信號本身的非平穩(wěn)性特點和對現(xiàn)有信號處理方法的比較，采用離散小波變換和二維連續(xù)小波變換對回波信號進(jìn)行分析處理。主要內(nèi)容包括： 1、系統(tǒng)地分析了路用探地雷達(dá)檢測系統(tǒng)，通過對探地雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、路用雷達(dá)設(shè)備的組成、探地雷達(dá)檢測路面的基本原理

5、分析，提出了相應(yīng)的測量參數(shù)和性能指標(biāo)。 2、對公路工程中幾種常用的信號分析方法作了比較詳盡的分析、比較。提出了傅立葉變換、短時傅立葉變換和小波變換這幾種常用的信號分析方法，指出了它們各自的特點、適用性，以及小波變換方法適合于處理非平穩(wěn)信號的優(yōu)勢所在。 3、剖析一維離散小波變換的Mallat算法實現(xiàn)原理，通過實驗算例作-維離散小波變換，并根據(jù)結(jié)果分析其正確性及應(yīng)用。為以后利用二維離散實小波和復(fù)小波變換分析圖像方向特性做準(zhǔn)備

6、。通過實際算例說明路用雷達(dá)回波信號濾波去噪的有效性。 4、和二維離散小波變換相比，二維連續(xù)小波變換引入了旋轉(zhuǎn)因子θ，從而使得其具有“極化分析”的能力，可以用來分析二維信號不同方向上的特征。通過對Mexican帽小波，Morlet小波和Cauchy小波這三種常用的基本二維小波的分析，引入了方向性小波的定義。通過將其用簡單信號的二維連續(xù)小波變換，對比三種小波的方向性優(yōu)劣：Mexican帽小波是各向同性的，主要用來檢測點狀信號分量，M