文|万象微光

编辑|万象微光

«——【·前言·】——»

地雷作为一种隐蔽的杀伤性武器，给人们的生活和军事行动带来了极大的威胁，发展高效可靠的地雷探测技术具有重要意义。

电磁探地雷达作为一种无损检测手段已经在地雷探测领域得到广泛应用，在实际应用中EMD信号中的直达波会对地下目标的探测和识别造成干扰，因此需要对信号进行预处理，去除直达波成分。

本文探讨了在地下目标探测中，如何有效地去除EMD信号中的直达波成分，先对EMD信号的构成进行了分析，明确了直达波的特点。

基于时域和频域分析，介绍了一系列常用的直达波去除方法，如匹配滤波、时域积分、小波变换等。

还谈论了各种方法的优劣以及适用场景通过对比不同方法的性能和局限性，总结了在不同情况下选择合适的直达波去除方法的准则。

«——【·EMD信号构成分析·】——»

EMD信号是地雷探测领域中一种常见的探测信号，其构成多样，包括直达波、多次反射波以及散射波等。

在探地雷达系统中EMD信号从雷达发射出后，经过空气和地下介质的传播最终被接收器接收这个过程中信号的不同成分会以不同的路径和时间到达接收器，形成复杂的信号结构。

1.直达波的特点

在EMD信号中直达波是最早到达接收器的成分，它是由雷达发射的信号经过空气传播直接到达接收器产生的，因此具有以下几个显著特点：

较大的幅度：直达波是信号传播路径最短的成分，由于传播距离较短，能量损耗较小，因此其幅度通常较大，这使得直达波成为整个信号中幅度最强的成分，可能会掩盖其他较弱的成分信息。

高频成分：直达波在传播过程中受到的衰减较小，因此保持着较高的频率成分，这使得直达波在频域上表现为较高的频率分量，与其他可能存在的地下目标反射波等低频成分形成明显对比。

信息冗余：直达波携带了信号发射时刻的全部信息，因为它不受任何反射或散射的影响，这种信息可能在后续的信号处理中并不是必要的。

2.多次反射波和散射波

除了直达波EMD信号中还包含了多次反射波和散射波等成分，多次反射波是信号在地下目标附近的反射后，经过多次地下反射到达接收器的成分，其到达时间相对较晚。

散射波是信号在地下目标附近发生散射后到达接收器的成分，与直达波相比这些成分的幅度较小，包含了与地下目标特征相关的信息。

3.直达波在地下目标探测中的影响

由于直达波的幅度较大且包含信息冗余它可能对地下目标的探测、识别和定位造成干扰，直达波的存在使得信号处理过程更加复杂，可能导致目标反射信号被掩盖，影响探测性能。

在地雷探测中去除直达波成分是一个关键的预处理步骤，有助于提高目标信号的检测准确性和地雷定位精度。

EMD信号的构成多样，包括直达波、多次反射波和散射波等成分，直达波具有较大的幅度、高频成分和信息冗余特点，在地下目标探测中可能产生干扰。

为了提高地雷探测的效率和准确性，需要采取适当的方法去除直达波成分，从而突出地下目标的信号特征。

«——【·直达波去除方法·】——»

1.匹配滤波

匹配滤波作为一种常用的直达波去除方法，在地雷探测领域得到了广泛的应用，其核心思想是事先构建一个与直达波特征相匹配的模板，然后将接收到的信号与该模板进行相关运算，从而抑制直达波成分。

匹配滤波的优势在于，它可以针对具体的地雷目标进行定制化设计，从而充分利用目标的特征信息。

可以通过分析地雷的形状、尺寸、材料等特性，构建一个与直达波特征相匹配的模板，在实际处理中匹配滤波可以在时域或频域进行，具体的实现方式有基于卷积的时域匹配滤波和基于频谱的频域匹配滤波。

匹配滤波也存在一些限制它对地下目标的特征要求较高，需要事先获取目标的详细信息，匹配滤波在存在复杂地下介质或多目标情况下可能会受到干扰，导致性能下降，在实际应用中需要根据具体情况权衡使用匹配滤波的可行性。

2.时域积分

时域积分是另一种常用的直达波去除方法，其基本原理是对EMD信号进行积分运算，从而使得直达波成分在积分后衰减，而其他成分得以增强。

时域积分方法的优点在于其简单易行，不需要额外的目标信息，它适用于信号的频谱范围相对较窄的情况，例如地雷的反射信号通常集中在一定的频率范围内，通过积分操作可以实现直达波的抑制，从而使得地下目标的反射信号更加显著。

时域积分方法也存在一些问题，由于其直接对信号进行积分运算，可能会增强噪声的影响，降低信号质量。

当信号的频谱范围较宽时，时域积分可能无法有效地去除直达波成分，在应用时需要根据信号的特点进行选择。

3.小波变换

小波变换是一种时频分析方法，可以将信号分解成不同尺度的小波成分，通过选择合适的小波基函数，可以实现对直达波的抑制。

小波变换的优势在于其适用于信号频谱范围较宽的情况，能够有效地提取不同频率成分的信息。

通过选择与直达波特征不相关的小波基函数，可以在一定程度上去除直达波成分，从而突出其他地下目标的反射信号。

小波变换也存在一些挑战，选择合适的小波基函数需要一定的经验和技巧，不同的基函数适用于不同的信号类型，因此需要根据具体情况进行调整，小波变换的计算复杂度较高可能会增加处理的时间成本。

直达波去除方法包括匹配滤波、时域积分和小波变换等多种方式，每种方法都有其优势和限制，适用于不同的信号特点和应用场景。

在选择方法时需要综合考虑地下目标的特征、信号的频谱分布以及实际应用的要求，从而选取最合适的方法进行直达波去除。

«——【·方法比较与选择·】——»

在地雷探测领域，选择合适的直达波去除方法对于提高探测性能至关重要，不同的方法在不同的情况下表现出各自的优势和限制，因此需要进行仔细的比较和选择。

1.方法的优劣

匹配滤波：匹配滤波的优势在于其针对性强，可以根据地雷目标的特征设计匹配模板，这使得它对于已知目标特征的情况下能够取得良好效果。

匹配滤波在去除直达波的同时，也可以增强其他地下目标的反射信号，有助于提高目标信号的显著性。

时域积分：时域积分的优点在于其简单易行，不需要事先获得目标信息，它适用于信号的频谱范围相对较窄的情况，可以有效地抑制直达波成分，时域积分方法通常能够在一定程度上抑制噪声的影响，提高信号质量。

小波变换：小波变换的优势在于其时频分析特性，适用于信号频谱范围较宽的情况，通过选择合适的小波基函数，可以在较大程度上抑制直达波成分，突出其他地下目标的反射信号，此外，小波变换还能够提供不同尺度下的信号特征，有助于更全面地了解信号结构。

2.方法的适用场景

匹配滤波：匹配滤波适用于目标特征已知的情况，例如对某种类型的地雷进行探测，如果目标的特征信息不清楚或者场景中存在多种类型的目标，匹配滤波可能会受到限制，导致性能下降。

时域积分：时域积分方法适用于信号的频谱范围较窄，且目标特征相对简单的情况，对于反射信号集中在某个频率范围内的地雷，时域积分能够较好地去除直达波成分，从而突出目标信号。

小波变换：小波变换适用于信号频谱范围较宽，且存在多种频率成分的情况，通过选择适当的小波基函数，可以实现在多个尺度下的直达波抑制，小波变换需要在选择小波基函数时具有一定的经验和技巧，因此在应用时需要注意。

3.方法选择准则

在实际应用中方法的选择应基于以下几个准则：需要根据地下目标的特征，判断目标是否已知。

如果目标特征已知，匹配滤波是一个优先考虑的方法，如果目标特征不明确，可以考虑时域积分或小波变换。

需要分析信号的频谱分布，判断是否适用于时域积分或小波变换，需要综合考虑实际应用中的噪声情况、地下介质以及目标数量等因素，选择最合适的方法以提高探测性能。

不同的直达波去除方法各有优劣，适用于不同的信号特点和应用场景，在选择方法时需要综合考虑方法的优点、适用范围以及实际应用的需求，从而做出明智的选择，提高地雷探测的效率和准确性。

«——【·笔者观点·】——»

本文探讨了EMD信号中直达波的去除方法，为地雷探测技术的发展提供了有益的参考，通过不断的创新和研究，有望在地雷探测领域取得更为显著的成果，为保护人类的生命安全做出积极贡献。

地雷探测技术在现代战争和人道主义行动中扮演着至关重要的角色，电磁探地雷达（EMD）作为一种高效的探测手段，其信号处理对于提高探测性能具有关键意义，本文探讨了在地下目标探测中如何去除EMD信号中的直达波成分，以突出地下目标的信号特征。

在未来随着科学技术的不断发展，地雷探测方法也在不断创新与进步，可以考虑研究如何将不同类型的数据融合，以增强地雷的探测和定位能力。

«——【·参考文献·】——»

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[2] 基于EMD方法的深圳港港口吞吐量研究[J]. 陈燕玉;李雅婷;周紫璇;叶燕婷.中国水运,2021(10)

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[4] EMD在北斗桥梁变形监测数据中的应用研究[J]. 刘洋.测绘与空间地理信息,2022(01)

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