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粮食是重要的储备物资、战略物资,粮食安全事关国家经济发展和社会稳定大局。我国于1990年建立了粮食储备制度,用于调节粮食供求总量,稳定粮食市场,保证突发情况下国家粮食宏观调控的顺利进行。为了防止粮食储备管理中存在的数字不符、弄虚作假等各类违规、违法事件,国家每年都需要开展储粮数量的审查工作。传统的清仓查库核查方式需要耗费大量的人力、物力和财力,因此,亟待开展粮食储存数量无损核查的研究工作。本文采用探地雷达技术,针对储量无损核查中的仓内储粮高度探测、粮面下的异常层和异物的识别与成像,以及仓内粮食平均密度估计等关键问题进行了研究,主要研究工作和创新性成果如下:(1)基于损耗介质中电磁波传播理论,结合粮仓内常见粮食品种的电磁特性,分析了粮仓探测雷达的技术参数要求。针对平房仓和浅圆仓,采用时域有限差分法对雷达回波进行了仿真分析,证实了利用雷达技术进行粮食层厚度估计的可行性。(2)针对仓内可能存在的异常填充层、架空层,分别采用短时傅里叶变换、小波变换、S变换等时频分析方法进行了异常层的定位。通过对层状介质传输函数的推导,建立了层状介质的雷达回波正演模型。(3)深入分析研究了粮仓内不同异常层参数对雷达回波频谱的影响,提出了利用频谱反演异常层参数的方法,并建立了异常层厚度和介电常数的联合反演模型。实验结果证实了应用频谱反演法识别异常薄层的有效性。(4)将跨孔雷达层析成像方法引入到粮仓内部的异物探测中。从层析成像的基本理论出发,对多种射线追踪方法进行了研究,提出采用走时方程进行折射点位置校正的快速计算方法,提高了追踪精度。(5)分别建立了走时层析成像和衰减层析成像正演模型,采用多种图像重建方法对模型进行了求解,分析对比了各种重建方法的稳定性。通过仿真和实验,证实了跨孔雷达层析方法对粮仓内部异物区域成像的可行性,为仓内异物的无损探测提供了一种新的思路。(6)针对仓内粮食平均密度估计问题,提出在采用微波透射技术建立粮食密度和介电常数关系模型的基础上,针对不同仓型选用合适的波速估计方法计算粮仓内粮食的平均介电常数,进而通过平均介电常数反演粮堆的平均密度。