前言

探地雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）是一种用无线电波来确定地下介质分布规律的探测设备，广泛应用于人类生存和生活服务，包括石油矿产资源勘查、基础工程建设、军事、环境保护和灾害防治等。探地数据分析与解译是将GPR数据转换为有用信息的核心环节。具体来说，就是依据获得的散射场，以及散射数据中的相位、频率和波速等参量，推断出区域内不同介质的空间结构分布及属性特征。

探地雷达中的双曲波是地下介质反射波呈现出的主要形态之一。对于地下目标的识别和结构特征的描述具有重要价值。在实际应用中，由于地质的非均匀性、信号干扰、电磁衰减，以及雷达本身的原因，会使双曲波呈现出模糊、碎片化、不规则等形态。这些多样化的形态，不仅增加了双曲波精确提取的难度，还大大降低了雷达数据分析处理的质量。虽然许多关于探地雷达技术的文献已经出版，但是就双曲波提取这一技术的专门文献仍然尚不多见。本书的编写正是基于上述背景，将探地雷达双曲波的智能提取作为编写主线，在参考大量的中外学术论文和学术专著的基础上，结合作者多年研究探地雷达的经验和技术完成的。由于涉及的技术领域比较多，特别是智能和可视化方法的引入，为本书的撰写增加了难度，同时也提高了技术的创新性。关于本书内容，作者已规划多年，通过与勘测工程师的广泛交流，以及课题组同事和研究生的潜心研究，提高了相关技术的系统性和实用性，值得探地雷达应用领域的工程技术人员参考和使用。

全书共分为7章，第1章从时域信号分析、图像处理、双曲波形态分析和深度学习四个方面，介绍近年来探地雷达双曲波提取方法的研究现状；第2章介绍在探地雷达图像中使用变分贝叶斯模型进行非负矩阵分解，从而抑制图像中的杂波；第3章介绍多标签层次聚类在浅层目标检测中的应用；第4章介绍基于随机森林和多标签层次聚类进一步提取双曲波；第5章利用原型网络提取GPR双曲波感兴趣区域，实现双曲波的快速定位和预筛选；第6章介绍利用峰点相似性拟合方法对双曲波进行提取与可视化；第7章介绍一种GPR数据双曲波可视化挖掘方法，充分利用人眼的视觉感知能力和人机交互技术分析极坐标图，从而有效挖掘双曲波数据。

在本书内容的撰写过程中，苗翠通过构建变分贝叶斯模型完成前期图像中杂波抑制工作，完成了本书第2章的编写；李文生提出一种基于随机森林和多标签层次聚类的双曲波提取方法，对本书的第3、4章内容进行了补充；为解决探地雷达样本稀缺问题，赵微微利用小样本学习和原型网络对感兴趣区域进行分类和提取，完成了本书第5、6章的编写；张亚森利用可视化挖掘方法，完成本书第7章的编写。在本书框架的搭建过程中，赵微微和张亚森在本书的绘图、计算机程序的编写、内容整理以及资料搜集等方面做了大量的工作，出版社的编辑为本书出版付出了辛勤的劳动，本书出版得到国家自然科学基金项目：非稳态时变阵列的不确定性可视化研究（项目批准号：62072285）支持，作者在此对关心、支持本书的所有人表示衷心的感谢。

由于作者水平有限，书中若有遗漏和不妥之处，敬请各位专家、学者和读者批评指正。

原 达

2022年于山东工商学院