张经纬 刘 新 叶盛波 方广有*

①(中国科学院大学 北京 100049)

②(中国科学院电子学研究所 北京 100190)

③(中国科学院电磁辐射与探测技术重点实验室 北京 100190)

1 引言

探地雷达作为一种高效的无损检测工具，在国防、考古、地质勘探、道路与桥梁检测等方面具有十分广泛的应用[1-4]。探地雷达的回波信号解释方法可以分为两类，一类是从信号中识别反射脉冲的幅值和时延，然后依据简化的传播模型对被检测媒质的厚度和介电常数进行反演[5]；另一类是先对雷达信号在被检测媒质中的传播过程进行物理建模，然后利用最优化方法对回波信号进行全波反演，得到媒质的介电常数和厚度[6]。全波反演方法是从物理角度出发模拟雷达回波信号的产生机理，因此能获得更高的检测精度。传统的探地雷达建模方法对雷达信号的传播过程作了较强的简化假设，尤其是在建模过程中忽略了天线对雷达信号的影响，包括天线的辐射模式、增益、传播时间、色散以及天线与媒质间的相互作用等。

为了准确模拟天线系统对雷达信号的影响，许多研究人员采用数值方法对探地雷达系统进行建模，包括时域有限差分方法(FDTD)[7，8]、有限元方法(FEM)[9]、矩量法(MOM)[10]等。这些数值方法的优势在于能够处理各种复杂的媒质结构，并且不需要对被检测媒质做过多的简化假设。但是数值建模方法的劣势在于计算效率低，这使得它们在需要对正演模型进行大量的重复计算的全波反演方法中不适用。……