基于Stolt偏移的林木根系探地雷达SAR成像算法研究

【摘要】林木根系作为树木获取营养与固定枝干的重要器官,由于其生长环境的特殊性导致人们取样困难不易观测,从而对其研究所取得的进展也较为缓慢。本文提出使用探地雷达进行林木根系原位无损探测的方法,有效地解决了人们取样困难的问题。并通过对林木根系探地雷达图像的处理,实现了林木根系在土壤中分布情况的原位测量与定位。文中主要对使用探地雷达进行林木根系探测过程与探测的林木根系探地雷达图像合成孔径反演成像算法进行研究。同时对所提出的算法通过实际探地雷达图像处理进行性能测试与分析。本文在研究过程中得到了国家自然科学基金资助项目(31270757/C201337)与广州园林科学研究所的支持,具体研究内容具体如下：(1)根据探地雷达图像处理顺序,对林木根系探地雷达图像杂波抑制方法进行研究。由于探地雷达图像所具有的特性与各种杂波特征,提出基于A-SCAN数据针对各种杂波的林木根系探地雷达杂波分类抑制算法。(2)研究选取探地雷达探测处理方法中的两种常见方法进行研究分析,并结合林木根系探测目标的固有特点对两种算法的性能进行研究与预测评估,进行林木根系探地雷达图像反演成像算法的优选。(3)为了完成探测目标的定位于根系反演成像,针对电磁波在土壤中传播速度估计算法进行研究。常见方法为探针插入土壤中取样,通过专业仪表测量土壤介电常数然后进行波速推算。由于该方法手续过于复杂,本文提出使用基于探地雷达图像处理技术的电磁波波速估计算法的研究。(4)针对于根系探地雷达图像特征进行基于波动方程与Stolt偏移技术的林木根系探地雷达图像合成孔径反演成像算法的设计。通过对算法的改进使反演结果更加聚焦、成像结果定位更加精确,以达到根系原位无损探测定位的要求。此外本文还对所设计的算法进行了探地雷达图像实际处理测试,根据对测试结果的分析,得出的算法的处理精度、算法稳定性和算法的适用范围均满足林木根系定位要求。
【作者】闵昆龙；
【导师】宋文龙；
【作者基本信息】东北林业大学，林业工程自动化，2014，博士
【关键词】林木根系；霍夫变换；波速估计；Stolt偏移；合成孔径成像；

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