申请/专利权人：中国电波传播研究所(中国电子科技集团公司第二十二研究所);西安交通大学

申请日：2023-11-30

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN117724067A

主分类号：G01S7/41

分类号：G01S7/41;G06F18/2415;G06N7/01;G01S13/88;G01S7/36

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.05#实质审查的生效;2024.03.19#公开

摘要：本发明公开了一种用于结构层层位检测的计算方法，包括如下步骤：将自相关矩阵R分解成相应的特征值和特征向量，把特征值降序排列；用一个数据相关矩阵代替自相关矩阵，通过采样，将回波信号分解；通过将先验条件概率和后验条件概率结合，通过马尔可夫模型，用于检测和追踪。本发明所公开的计算方法，可适用于工程质量检测和盾构机等隧道施工方法对注浆层位检测，提升结构层层位的可检测性，可用于人工辅助数据判读或自动数据处理。

主权项：1.一种用于结构层层位检测的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：探地雷达回波信号rt的自相关矩阵R表示为：R＝E[rrH]上式中，E[·]表示集总平均；由于接收的信号包含噪声，所以自相关矩阵R分成两部分：信号自相关矩阵Rs和噪声自相关矩阵Rw：R＝Rs+Rw将自相关矩阵R分解成相应的特征值αi和特征向量βi，把特征值αi降序排列：α1≥α2≥…≥αp≥αp+1＝αp+2＝…αN＝σ2上式中，R是N×N维矩阵，p是复指数个数，σ2是信号噪声方差；用一个数据相关矩阵RSSP代替自相关矩阵R，通过L次采样，将回波信号分解成M个重叠子阵列，rj表示第j个子阵列，j＝1,2,3…M，定义一个自相关矩阵Rk： 那么数据相关矩阵RSSP表示为： 特征向量βi的傅里叶变换为： 上式中，i＝p+1，p+2，…，M；MUSIC谱估计公式如下： 上式中，βk是R的特征向量，是βk的傅里叶变换；对第i道数据ωixi,t，假设H0xi表示结构层存在，H1xi表示结构层不存在，因为结构层反射波可能在M时间采样序列上任一点出现，所以在整个假设空间上有M+1个子假设；m＝1,…M时的hmxi对应于结构层反射波在延时mΔt时出现，m＝0时的h0xi对应于结构层反射回波不出现；假设H1xi是所有子假设h1xi,…hMxi的集合，测量数据矩阵Wi＝[ωi,ωi-1,…ω1]；检测的后验概率为： 追踪的后验概率为： 通过最大后验概率方法估计回波的延时： 根据贝叶斯理论，用于结构层追踪的后验概率估计就是：p[hmxi|Wi]＝Aip[ωi|hmxi]p[hmxi|Wi-1]＝A′iΛ[ωi|hmxi]p[hmxi|Wi-1]p[hmxi|Wi-1]表示假设hmxi在第i道仍保持真的一个先验概率；p[hmxi|Wi]表示假设hmxi在第i道仍保持真的一个后验概率；p[ωi|hmxi]是有一个延时mΔt的回波出现时的条件概率；Ai和A′i是标准化项，似然比函数为： 上式中，Es是参考信号的能量，Rωsxi,tm表示在时刻mΔt的匹配滤波器，为噪声方差；通过将第i道数据的先验条件概率和前i-1道数据的后验条件概率结合，判读结构层的连续性，把层界面的产生过程当成一个马尔可夫模型，通过应用不同的转移条件从前i-1道数据的后验概率中得到第i道数据的先验概率，用于检测和追踪：pd[H1xi|Wi-1]＝1-qpd[H1xi-1|Wi-1]+qpd[H0xi-1|Wi-1] 上式中，q是从界面不存在的状态H0xi-1改变成界面存在的状态H1xi-1的概率，bk为追踪转移概率，且

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