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探地雷达散射矩阵在估算地下管线方位角的应用
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引用本文:陈筠,池昌峰,徐东升,梁风.探地雷达散射矩阵在估算地下管线方位角的应用[J].中国岩溶,2020,(1):101-109. CHEN Jun,CHI Changfeng,XU Dongsheng,LIANG Feng.Application of GPR scattering matrix to estimating azimuths of underground pipelines[J].Carsologica Sinica,2020,(1):101-109.
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学科分类:
作者单位
陈筠 贵州理工学院贵阳 550003 
池昌峰 湖南华侨城文旅投资有限公司湖南 衡阳 421000 
徐东升 重庆市建筑科学研究院重庆 400016 
梁风 贵州大学资源与环境工程学院贵阳 550025 
基金项目:贵州省国土资源厅重大专项(992011010003)
中文摘要:文章分析了探地雷达与电磁场的入射和散射相关的散射矩阵S的性质,散射矩阵中的四个元素提供了入射波场不同极化方向对应的信息,基于此,利用散射矩阵S的Alford旋转,估算细长目标体的方位角。由于低振幅和噪声等缘故,实际上角度的估算是一个不稳定的过程,因此,选择使用范数作为筛选最佳振幅的工具,使角度的估算更加准确和稳定。利用埋在均匀半空间内的金属管的三维模型所得到的模拟数据,对该方法进行了测试,在选择合适的振幅时,确定Frobenius范数‖S‖F≥0.1·‖S‖F(max)的标准,结果表明,估算地下管线方位角的方法是有效的。
中文关键词:地质雷达  散射矩阵  极化  Alford旋转
 
Application of GPR scattering matrix to estimating azimuths of underground pipelines
Abstract:This paper analyzes the properties of the scattering matrix S related to the incidence and scattering of ground penetrating radar and electromagnetic field. The four elements in the scattering matrix provide information corresponding to different polarization directions of the incident wave field. Based on this, the Alford rotates of scattering matrix S is used. to estimate the azimuth of the elongated target. Due to low amplitude and noise, the estimation of the angle is actually an unstable process. Therefore, the use of norm as a tool for screening the optimal amplitude is chosen to make the estimation of the angle more accurate and stable. The method is tested by using the simulation data obtained from the three-dimensional model of the metal tube buried in the uniform half space. When selecting the appropriate amplitude, the Frobenius norm ‖S‖F≥0.1?‖S‖F(max) is determined. The results show that the method of estimating the azimuth of the underground pipeline is effective.
keywords:GPR, scattering matrix,polarizations, Alford rotation
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