張寧李靜霞*徐航趙明瑞劉麗王冰潔

(1.太原理工大學(xué)新型傳感器與智能控制教育部和山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030024；2.太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院，山西 太原 030024)

城市地下管線的探測(cè)與繪制對(duì)于促進(jìn)城建發(fā)展和保障民生至關(guān)重要[1-2]。對(duì)于有限的城市地下空間，管線大都以平行且走向不同的方式鋪設(shè)。在此種鋪設(shè)方式下，準(zhǔn)確探測(cè)地下管線的位置與分布一直是管線探測(cè)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。探地雷達(dá)作為探測(cè)管線的一種重要手段，其是利用電磁波在地下傳輸遇到目標(biāo)時(shí)發(fā)生反射的原理進(jìn)行探測(cè)的，具有快速、安全、簡(jiǎn)單、低成本和無(wú)損檢測(cè)等特點(diǎn)[3]。

現(xiàn)有探地雷達(dá)主要采用調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)[4]、脈沖信號(hào)[5]、步進(jìn)頻率信號(hào)[6]和隨機(jī)信號(hào)[7]作為探測(cè)信號(hào)。相較于前三種信號(hào)，基于隨機(jī)信號(hào)的探地雷達(dá)受益于良好的隨機(jī)性，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)抗電磁干擾測(cè)量[8]和無(wú)模糊探測(cè)[9]。隨機(jī)信號(hào)具體包括噪聲信號(hào)、混沌信號(hào)和偽隨機(jī)信號(hào)。其中，偽隨機(jī)序列因產(chǎn)生方法簡(jiǎn)單且易集成，具有良好的應(yīng)用前景。然而，基于單一的偽隨機(jī)序列會(huì)產(chǎn)生較高的旁瓣，導(dǎo)致強(qiáng)目標(biāo)的旁瓣會(huì)將弱目標(biāo)的主瓣覆蓋，從而增大漏警概率。故為減少旁瓣，應(yīng)當(dāng)尋找一種低旁瓣甚至零旁瓣的發(fā)射信號(hào)。格雷互補(bǔ)碼突破了傳統(tǒng)的單一序列，基于兩列信號(hào)自相關(guān)函數(shù)之和實(shí)現(xiàn)旁瓣抵消，從而實(shí)現(xiàn)弱目標(biāo)增強(qiáng)。Alejos A V 等人[10-11]利用格雷互補(bǔ)碼作為探測(cè)信號(hào)，結(jié)合單邊帶傳輸對(duì)現(xiàn)有噪聲雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)更好的動(dòng)態(tài)范圍檢測(cè)和距離估計(jì)。作者所在課題組[12]采用格雷互補(bǔ)碼作為探地雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了地下管線的高信噪比探測(cè)，進(jìn)一步證明了格雷互補(bǔ)碼有助于提高地下目標(biāo)的探測(cè)深度與精度。

上述常規(guī)探地雷達(dá)通常采用單一極化方式對(duì)地下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，接收到的回波數(shù)據(jù)中僅攜帶部分信息，難以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的準(zhǔn)確識(shí)別。已有研究發(fā)現(xiàn)，電磁波的極化具有方向性，可用來(lái)確定目標(biāo)的方向、傾角和形狀等屬性。此外，電磁波的不同極化方式對(duì)目標(biāo)信號(hào)的濾波、增強(qiáng)和抗干擾等方面具有優(yōu)勢(shì)并且可以獲得穩(wěn)健的檢測(cè)能力，提高物體的分辨能力。因此，探地雷達(dá)的極化屬性被廣泛關(guān)注并逐步從單一極化測(cè)量轉(zhuǎn)到多極化乃至混合極化測(cè)量。Georgios P T 等人[13]通過(guò)不同的天線極化方式獲得多極化數(shù)據(jù)，證明了多極化測(cè)量可以準(zhǔn)確識(shí)別多方向性目標(biāo)體的位置信息。吉林大學(xué)曾昭發(fā)課題組[14]提出多極化多輸入多輸出(Multiinput-Multioutput，MIMO)步進(jìn)頻率探地雷達(dá)系統(tǒng)，克服了目標(biāo)截面和天線輻射的影響，有效提高了目標(biāo)檢測(cè)精度。吉林大學(xué)馮晅課題組[15]將極化步進(jìn)頻探地雷達(dá)系統(tǒng)與極化熵相結(jié)合，對(duì)地下不同特征目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。Shao Z L 等[16]提出了時(shí)域激發(fā)極化法，達(dá)到對(duì)地下管線的重建與定位的目的。Boniger U 等[17]將極化屬性分析法與主成分分析法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下管線的三維重建。以上方法均證明了電磁波的極化屬性在精確探測(cè)地下目標(biāo)體上的潛力。盡管如此，現(xiàn)有方法對(duì)于走向分布復(fù)雜管線探測(cè)中存在的目標(biāo)成像模糊以及虛假目標(biāo)較多的問(wèn)題仍未得到良好的解決且無(wú)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

本文提出以格雷互補(bǔ)碼作為探測(cè)信號(hào)并結(jié)合極化組件獲取極化數(shù)據(jù)。通過(guò)將一組格雷互補(bǔ)碼的相關(guān)結(jié)果相加，實(shí)現(xiàn)旁瓣疊加為零，峰值信號(hào)加倍。同時(shí)結(jié)合地下管線的極化信息，實(shí)現(xiàn)地下管線的多極化測(cè)量，從而達(dá)到對(duì)地下管線的定位與分布成像。

1 極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)探測(cè)原理

1.1 格雷互補(bǔ)碼的產(chǎn)生及特性分析

假設(shè)一組序列包含A=a(n)，B=b(n)，碼長(zhǎng)為N，非周期自相關(guān)函數(shù)分別為:

當(dāng)除零位置點(diǎn)外，其自相關(guān)函數(shù)的和為零，即滿足式(3)

則稱序列A和B是一對(duì)格雷互補(bǔ)序列。其中，單列碼的旁瓣值約占峰值的10%，而通過(guò)將一對(duì)格雷互補(bǔ)碼的相關(guān)函數(shù)進(jìn)行相加，可以實(shí)現(xiàn)完全消除旁瓣，且峰值增大一倍，是一種理想的雷達(dá)信號(hào)。

進(jìn)一步地，采用公式(4)的方式對(duì)碼長(zhǎng)為N的A碼和B碼進(jìn)行K次迭代，則可以產(chǎn)生N×2K長(zhǎng)度的格雷互補(bǔ)碼序列。

根據(jù)仿真和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，本文選擇碼長(zhǎng)和頻率分別為1 024 和1 GHz 的一對(duì)格雷互補(bǔ)碼序列作為探測(cè)信號(hào)。圖1(a)、(b)分別為A碼和B碼的時(shí)序，其脈沖幅值為0.1 V，最窄脈沖寬度為1 ns。圖1(c)、(d)分別代表A碼和B碼的功率譜，帶寬為1 GHz。格雷互補(bǔ)碼的自相關(guān)曲線如圖1(e)所示，由自相關(guān)曲線可以看出，疊加后的自相關(guān)曲線峰值擴(kuò)大一倍，旁瓣完全抵消。

圖1 格雷互補(bǔ)碼特性

1.2 極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)測(cè)量原理

基于格雷互補(bǔ)碼的探地雷達(dá)測(cè)量原理如下:雷達(dá)發(fā)射信號(hào)被功分成兩路，分別作為參考信號(hào)和探測(cè)信號(hào)。參考信號(hào)直接送回至接收機(jī)，探測(cè)信號(hào)則經(jīng)過(guò)雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射，再經(jīng)目標(biāo)反射后返回接收機(jī)中。因?yàn)樾盘?hào)經(jīng)過(guò)目標(biāo)體反射會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲，因此通過(guò)將回波信號(hào)與參考信號(hào)做互相關(guān)可以計(jì)算出時(shí)延，進(jìn)而求出管線的深度信息。

格雷互補(bǔ)序列A=a(n)和B=b(n)的互相關(guān)表達(dá)式分別如式(5)和式(6)所示:

上式中，?為相關(guān)算子，τ表示回波信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的時(shí)延，k為相關(guān)系數(shù)，VAcorr(t)、VAref(t)、VAech(t)、VBcorr(t)、VBref(t)和VBech(t)分別代表A碼和B碼的相關(guān)信號(hào)、參考信號(hào)以及回波信號(hào)。采用相關(guān)法求得A碼、B碼的互相關(guān)信息后，將A碼與B碼的互相關(guān)函數(shù)相加，可使二者時(shí)間延遲τ所對(duì)應(yīng)的峰值加倍并消除旁瓣。格雷互補(bǔ)序列A和B互相關(guān)函數(shù)相加公式為:

進(jìn)一步地，沿測(cè)線(即雷達(dá)掃描軌跡)進(jìn)行測(cè)量，可以獲得二維成像結(jié)果。探測(cè)時(shí)，采用天線組合的方式，獲取不同極化下的數(shù)據(jù)。不同天線的極化方式如圖2 所示，其中，T和R分別代表發(fā)射天線和接收天線。當(dāng)發(fā)射方向?yàn)閄，接收方向?yàn)閄 時(shí)，代表天線的XX 極化方式，如圖2(a)所示。同理可依次獲得天線YY、XY、YX 極化方式，如圖2(b)～(d)所示。

圖2 不同天線極化方式

2 極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)仿真分析

2.1 一維軌線仿真分析

仿真基于時(shí)域有限差分法(Finite-Difference-Time-Domain method，F(xiàn)DTD)進(jìn)行，對(duì)埋設(shè)于2 m×1 m×2 m(長(zhǎng)×寬×高)干沙中的金屬管線進(jìn)行探測(cè)。金屬管線直徑、埋深、介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分別為10 cm、0.5 m、300 m·N/C 和200 H/m～400 H/m，干沙的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分別為3 m·N/C 和1 H/m。信號(hào)源采用1 GHz 的格雷互補(bǔ)碼信號(hào)，天線緊貼地表掃描，等步長(zhǎng)2 cm 沿X 軸正方向軌線進(jìn)行測(cè)量。

圖3 顯示了埋設(shè)單根金屬管線模型。本仿真中，將天線設(shè)置在管線正上方并旋轉(zhuǎn)360°，每5°測(cè)量一次。圖4(a)、(b)顯示了單根金屬管線的全角度響應(yīng)圖。

圖3 單根管線仿真模型

圖4 單根管線全角度響應(yīng)圖

從全角度響應(yīng)圖的分布可以看出，采用共極化模式時(shí)，隨著管線與天線之間角度的變化，散射能量變化較為均勻，因此在各個(gè)角度上均能夠探測(cè)到目標(biāo)響應(yīng)。而當(dāng)采用交叉極化模式時(shí)，散射能量隨角度變化很大，當(dāng)角度為45°或其倍數(shù)時(shí)散射能量達(dá)到最大。因此在探測(cè)不同走向和方向管線時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生目標(biāo)丟失，弱目標(biāo)探測(cè)不明顯的現(xiàn)象。由此說(shuō)明，當(dāng)探測(cè)地下管線等線性目標(biāo)體時(shí)，共極化的探測(cè)方式優(yōu)于交叉極化探測(cè)方式。

進(jìn)一步地，研究不同走向分布的雙根金屬管線的極化響應(yīng)，模型如圖5 所示。將其中一根管線設(shè)置為與X 軸夾角為90°，另一根管線與X 軸為不同交角，設(shè)為α，分別采用XX 極化、XY 極化、YX 極化和YY 極化四種方式對(duì)其進(jìn)行探測(cè)，結(jié)果如圖6所示。

其中，圖6(a1)～(a4)、(b1)～(b4)、(c1)～(c4)、(d1)～(d4)分別代表另一根金屬管線與X 軸的夾角α為0°、30°、45°、60°的B-Scan 響應(yīng)圖。從B-Scan 響應(yīng)圖可以得出以下結(jié)論:對(duì)于材料相同、走向分布相同的管線，XX 極化和YY 極化中獲得的信號(hào)響應(yīng)強(qiáng)于XY 極化和YX 極化的信號(hào)響應(yīng)且YY 極化的信號(hào)響應(yīng)強(qiáng)于XX 極化。而對(duì)于同一種極化探測(cè)方式，不同走向分布管線的雷達(dá)信號(hào)強(qiáng)度不同。例如采用XX 極化方式進(jìn)行探測(cè)時(shí)，管線在0°、30°、45°、60°延伸時(shí)管線的信號(hào)響應(yīng)均強(qiáng)于90°，其中0°延伸時(shí)信號(hào)響應(yīng)最強(qiáng)。信號(hào)響應(yīng)強(qiáng)度隨管線與X 軸的交角變化而呈現(xiàn)規(guī)律性變化。這說(shuō)明當(dāng)探測(cè)具有方向性的線性目標(biāo)時(shí)，交叉極化會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況，考慮到散射效應(yīng)，細(xì)長(zhǎng)的圓柱線性目標(biāo)如地下管線使用相互平行的共極化方式測(cè)量會(huì)產(chǎn)生更好的效果。因此，在進(jìn)行管線分布探測(cè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮共極化方式探測(cè)。以下仿真和實(shí)驗(yàn)中，均采用XX 極化和YY 極化進(jìn)行探測(cè)。

圖6 金屬管線與X 軸夾角分別為0°、30°、45°、60°的B-Scan 響應(yīng)圖

2.2 二維軌線仿真分析

基于以上一維軌線仿真的成像分析，將天線掃描范圍擴(kuò)展為二維軌線。仿真模型如圖7 所示，分別對(duì)L 型金屬和非金屬管線進(jìn)行探測(cè)。金屬管線與周圍干沙的基本參數(shù)與一維軌線仿真中設(shè)置相同。非金屬管線的直徑、埋深、介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分別為10 cm、1 m、3.3 m·N/C 和1 H/m。天線緊貼地表掃描，天線之間的距離為2 cm，并以2 cm 的移動(dòng)距離沿X軸正方向軌線運(yùn)動(dòng)，共獲得20 道剖面數(shù)據(jù)，從每一道剖面數(shù)據(jù)的B-Scan 中可以確定管線的位置信息。將所獲得剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行三維數(shù)據(jù)插值即可得到三維多極化數(shù)據(jù)，再將三維多極化數(shù)據(jù)沿B-Scan 頂點(diǎn)做水平切片，即可得到地下管線的分布成像。

圖7 不同走向管線仿真模型2

成像結(jié)果如圖8 所示，圖8(a1)、(a2)和(b1)、(b2)分別代表L 形金屬管線和L 形非金屬管線的XX、YY極化方式，圖8(a3)、(a4)和(b3)、(b4)分別代表L 形金屬管線和L 形非金屬管線的極化合成圖與三維顯示圖。從圖中可以看到，不同極化方式對(duì)不同方向管線的散射能量不同，如圖8(a1)、(a2)、(b1)和(b2)所示。在管線相交處散射強(qiáng)度大于任何一個(gè)地方的散射強(qiáng)度。非金屬管線與金屬管線類似，但由于非金屬管線的介電常數(shù)遠(yuǎn)小于金屬管線且與干沙的介電常數(shù)極為相近，所以整體散射能量較低。以上仿真結(jié)果表明:以格雷互補(bǔ)碼作為發(fā)射信號(hào)并結(jié)合天線的不同極化方式可以對(duì)管線的分布清晰成像。

圖8 金屬管線與非金屬管線不同極化顯示圖

3 極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)實(shí)驗(yàn)分析

仿真結(jié)果顯示了極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)對(duì)地下管線走向分布精確成像的能力。在此基礎(chǔ)上，本文采用極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)對(duì)地下管線進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。圖9 所示為實(shí)驗(yàn)裝置圖。在發(fā)射端，信號(hào)源產(chǎn)生的格雷互補(bǔ)碼信號(hào)先經(jīng)過(guò)放大器1 放大并與信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的3.4 GHz 正弦信號(hào)混頻后，再經(jīng)放大器2 放大，最后向地下發(fā)射信號(hào)對(duì)管線進(jìn)行探測(cè)。在接收端，接收信號(hào)先經(jīng)過(guò)放大器3 放大，再經(jīng)過(guò)功分器2 分成兩路，隨后分別經(jīng)過(guò)放大器4 和5 放大，下變頻進(jìn)行IQ 分解，最后經(jīng)過(guò)I 路和Q 路的低噪放大器放大后，示波器接收回波數(shù)據(jù)。其中，IQ 分解是為了獲得更大的動(dòng)態(tài)范圍、提高測(cè)量精度和抗擊共模干擾。

圖9 實(shí)驗(yàn)裝置圖

實(shí)驗(yàn)中，T 型非金屬管線埋設(shè)于2.0 m×1.2 m×0.8 m(長(zhǎng)×寬×高)的干沙箱中，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景如圖10 所示。其中，干沙的介電常數(shù)為4 m～6 m N/C，T 型非金屬管線的埋深為38 cm，直徑為20 cm，介電常數(shù)為9 m N/C。天線采用XX極化與YY極化兩種極化方式對(duì)地下目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，發(fā)射和接收天線的間距為2 cm。

圖10 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11(a1)～(a3)所示，分別代表XX極化、YY極化以及極化合成圖。由圖可知，目標(biāo)響應(yīng)與管線實(shí)際位置一致。當(dāng)采用XX極化時(shí)，橫向位置所獲取的極化信息多于縱向位置；當(dāng)采取YY極化時(shí)，縱向位置所獲得的極化信息多于橫向位置。當(dāng)將多極化信息結(jié)合時(shí)，可以反映出管線的分布特性，如圖11(a3)所示，目標(biāo)響應(yīng)與周圍介質(zhì)區(qū)分明顯，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果一致。

為了分析極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)的探測(cè)性能，將其與極化步進(jìn)頻率雷達(dá)進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)中，將矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀用作步進(jìn)頻率雷達(dá)，信號(hào)頻率范圍為1 GHz～5 GHz，其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)與極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)的參數(shù)相同。圖12(a1)～(a3)所示為基于極化步進(jìn)頻率雷達(dá)的探測(cè)結(jié)果。將其與圖11(a1)～(a3)進(jìn)行對(duì)比可得，極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)與步進(jìn)頻探地雷達(dá)相比，后者的成像結(jié)果中虛假目標(biāo)較多，目標(biāo)響應(yīng)較弱，因此，管線不能與周圍背景介質(zhì)進(jìn)行較好的區(qū)分，進(jìn)而無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)管線的走向分布進(jìn)行辨別。而極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管線的走向分布進(jìn)行明顯的識(shí)別。此外，極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)的探測(cè)結(jié)果中目標(biāo)位置與周圍環(huán)境的色差更大，這意味著其具備探測(cè)更深目標(biāo)的能力。

圖11 極化互補(bǔ)格雷碼探地雷達(dá)極化響應(yīng)圖

圖12 極化步進(jìn)頻率探地雷達(dá)極化響應(yīng)圖

進(jìn)一步地，采用四種無(wú)參考指標(biāo)對(duì)極化格雷互補(bǔ)碼與極化步進(jìn)頻率雷達(dá)系統(tǒng)成像結(jié)果進(jìn)行量化分析。其中圖像的信息熵[18]常被用來(lái)評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)中的有效信息量。其定義如公式(8)所示:

式中:H(X)代表圖像矩陣信息熵值。p(xi)表示圖像矩陣中灰度值為i的像素?cái)?shù)與總像素?cái)?shù)的比值，n為圖像的灰度值。應(yīng)用到探地雷達(dá)成像上，熵值的大小可以用來(lái)反映圖像中平均信息含量的多少，即目標(biāo)體極化信息表現(xiàn)的多少。信息熵越大代表圖像包含信息越多、圖像質(zhì)量越好。

平均梯度[19]是對(duì)圖像局部色差的累計(jì)，平均梯度越大，代表圖像細(xì)節(jié)反差越強(qiáng)烈，圖像越清晰。其計(jì)算公式如式(9)所示:

公式(9)中M、N代表圖像f(x，y)的行數(shù)與列數(shù)。

空間頻率[20]作為一種圖像矩陣評(píng)價(jià)指標(biāo)，用于測(cè)量圖像的整體活動(dòng)性，其值越高代表圖像所攜帶的信息量越多，細(xì)節(jié)表現(xiàn)能力越強(qiáng)。其定義為:

式(10)、式(11)、式(12)中，Z(n，m)代表圖像在(n，m)處的灰度值。RZ和CZ代表圖像的行頻率和列頻率。

邊緣強(qiáng)度[21]是凸顯圖像局部變化的幅值，實(shí)質(zhì)上是邊緣點(diǎn)之間的梯度幅值，邊緣強(qiáng)度越大，則凸顯邊緣越清晰，失真越小。其計(jì)算公式如式(13)所示:

式中:E(x，y)代表像素點(diǎn)邊緣強(qiáng)度大小，f(x+m，y+n)表示相鄰像素點(diǎn)的灰度值，M×N為所選窗口大小，mean(x-m:x+m，y-n:y+n)為所選區(qū)域的均值。以上量化指標(biāo)計(jì)算結(jié)果如表1 所示:

表1 極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)與極化步進(jìn)頻探地雷達(dá)參考指標(biāo)對(duì)比圖

由表1 可知，極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)的信息熵、平均梯度、空間頻率和邊緣強(qiáng)度四個(gè)量化指標(biāo)均優(yōu)于極化步進(jìn)頻探地雷達(dá)。該結(jié)果表明前者所攜帶的目標(biāo)信息多于后者，成像更加清晰。為了更加直觀的對(duì)兩種體制雷達(dá)進(jìn)行對(duì)比分析，圖13(a)、(b)分別給出了極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)與極化步進(jìn)頻探地雷達(dá)的三維成像顯示圖，從圖中可以看出，相較于極化步進(jìn)頻探地雷達(dá)，采用極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)可以對(duì)管線的走向分布進(jìn)行精準(zhǔn)辨別與定位，且能夠有效提高探測(cè)深度。

圖13 三維成像顯示圖

4 結(jié)論

提出以格雷互補(bǔ)碼與極化測(cè)量相結(jié)合的方法探測(cè)地下管線，實(shí)現(xiàn)對(duì)管線走向分布的精準(zhǔn)探測(cè)。將格雷互補(bǔ)碼作為探測(cè)信號(hào)，其具有良好的相關(guān)特性并且具有抗干擾性強(qiáng)和分辨率高的特點(diǎn)。而收發(fā)天線采用不同的極化方式可以根據(jù)目標(biāo)屬性和方向增強(qiáng)目標(biāo)響應(yīng)。本文分析了極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)的基本理論，并基于FDTD 對(duì)管線進(jìn)行了一維和二維軌線掃描仿真。一維軌線仿真結(jié)果表明，格雷互補(bǔ)碼作為探測(cè)信號(hào)結(jié)合極化探測(cè)可以對(duì)地下不同角度管線進(jìn)行識(shí)別，不同極化方式可以表征管線的不同狀態(tài)。二維軌線仿真結(jié)果表明，采用多極化方式可以對(duì)地下管線走向進(jìn)行識(shí)別。除此之外，與傳統(tǒng)的步進(jìn)頻信號(hào)探地雷達(dá)進(jìn)行了對(duì)比，分別從圖像信息熵、平均梯度、空間頻率和邊緣強(qiáng)度四個(gè)指標(biāo)進(jìn)行量化分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在同等條件下，極化格雷互補(bǔ)碼探地雷達(dá)的探測(cè)效果更好，所獲得的目標(biāo)信息量更多，成像更清晰，同時(shí)目標(biāo)極化信息損失較少，細(xì)節(jié)信息表現(xiàn)明顯。本文為城市地下管線的分布探測(cè)提供了一種新方法。