基于ＰＭ 算法和噪聲識別模型的探地雷達降噪方法

摘 要：針對探地雷達（Ｇｒｏｕｎｄ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｒａｄａｒ，ＧＰＲ） 因地質或環境因素導致圖像出現高密度噪聲，有效信號被淹沒，進而出現雷達數據讀取困難甚至無法識別的問題，提出一種基于ＰｅｒｏｎａＭａｌｉｋ （ＰＭ） 算法和噪聲識別模型（Ｎｏｉｓｅ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ，ＮＲＭ） 的降噪方法———ＰＭＮＲＭ。該算法根據ＧＰＲ 數據特點利用改進ＰＭ 算法加大圖像中噪聲與背景的數值差異性，使用基于偏微分方程的ＮＲＭ 識別噪點，利用改進中值定理依次對數據中噪點進行恢復，結合迭代條件算法（Ｉｔｅｒａｔｅｄ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ Ｍｏｄｅ，ＩＣＭ），以達到降噪的效果。面對高密度噪聲數據，同傳統的ＧＰＲ 數據降噪方法相比，所提算法在信號單波道擬合度、峰值信噪比（Ｐｅａｋ Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ，ＰＳＮＲ） 和結構相似度（Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ，ＳＳＩＭ） 等客觀評價標準中表現較優。實驗結果表明，該算法在ＧＰＲ 系統探測工作中具有一定實用價值。

關鍵詞：探地雷達；ＰｅｒｏｎａＭａｌｉｋ 算法；偏微分方程；迭代條件算法

中圖分類號：ＴＰ９５７． ２ 文獻標志碼：Ａ

文章編號：１００３－３１０６（２０２４）１０－２２７９－０９

０ 引言

探地雷達（Ｇｒｏｕｎｄ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｒａｄａｒ，ＧＰＲ）是一種利用電磁波探測地下情況資料的工程設備［１］。其工作原理是基于電磁波在介質中傳播時會發生的反射、折射與散射現象，通過捕捉這些現象特征信號來實現其功能。ＧＰＲ 通過天線發射一束短脈沖電磁波，電磁波經過空氣、土壤和沙土等介質后，部分能量會被反射，由雷達接收器接收。接收器記錄反射回來的電磁波的時間及強度等信息。通過分析以上信息，可以計算出地質結構、水層、金屬和其他地下障礙物的位置、形狀和深度等參數，并以此得出雷達圖像，用于地下情況的分析［２］。鑒于此，已廣泛應用工程勘探、道路檢修和隧道探傷等工程項目中［３］。