探地雷达FDTD正演模拟与图像处理技术

"探地雷达FDTD正演系统开发及图像处理" 探地雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）是一种非破坏性的地球物理探测技术，广泛应用于地质构造、地下管线定位、考古发掘等领域。本研究由徐荣华和崔伟雄共同完成，主要关注的是基于FDTD（Finite-Difference Time-Domain）方法的探地雷达正演系统开发以及图像处理技术。 FDTD方法是解决电磁场问题的一种数值计算方法，它通过离散化麦克斯韦方程组来模拟电磁波在空间中的传播。在探地雷达应用中，FDTD能够精确模拟雷达信号与地下介质的相互作用，从而获取地电剖面信息。论文中，研究者推导了采用Perfectly Matched Layers (PML)作为吸收边界的高阶有限差分迭代公式，PML是一种有效的方法，用于模拟开放边界条件，减少反射并提高模拟的准确性。 该正演系统具有操作简便和精度高的特点，能够模拟出二维地电剖面，这对于识别和定位地下的异常体（如地质结构或物体）至关重要。通过使用这个系统，研究人员可以预测雷达图像，并对地下环境进行无损评估。更重要的是，正演模拟的结果可以作为后续处理的基础，进一步增强了探地雷达研究的灵活性。 论文还探讨了图像处理技术，包括剖面增益控制（Automatic Gain Control, AGC）和二维滤波（如 FK 滤波）。AGC是一种动态调整信号增益的技术，目的是保持雷达回波在整个接收带宽内的信号强度相对稳定，从而改善图像的对比度和可读性。FK滤波则是一种利用频谱分析来去除噪声、增强目标特征的手段，对于提取散射波的特征尤为有用，散射波在探地雷达图像中通常代表地下结构的细节信息。这些图像处理技术的应用显著提高了正演模拟的分辨率，使地下特征的识别更加清晰。 这篇首发论文介绍了基于FDTD方法的探地雷达正演系统及其图像优化技术，为地质雷达研究提供了新的工具和方法，有助于提升地下探测的效率和准确性。通过这种结合理论推导和实际应用的研究，不仅加深了对探地雷达工作原理的理解，也为相关领域的实践应用提供了理论支持和技术指导。