大型平房倉儲糧水分分布的電磁波檢測理論與方法研究為了應對糧食危機，我國施行了儲備糧的糧食安全戰略。糧食在儲藏過程中需要不斷監測其狀態，以保障糧食儲藏安全。其中儲糧的水分監測是一項重要的監測內容，是儲糧安全的重要質量指標，及時掌握儲糧糧堆水分分布，可以及時采取通風等措施預防儲糧生蟲霉變。我國糧庫儲糧數量多，存期長，目前還沒有有效的大范圍水分監測方法，本研究課題正式針對這一急需解決的問題而提出的。儲糧水分的檢測方法與技術一直是糧食儲藏科技的研究熱點。但很多研究工作都是針對樣品和測點的，雖在一定程度上滿足了應用需求，但并不適用于倉儲的大型糧堆。本文提出了基于甚高頻電磁波(30MHz～300MHz)探測的糧堆水分探測方法。該方法能夠在探測糧倉儲糧水分含量這一最重要的指標上滿足一些傳統方法難以滿足的要求，其具體研究內容和創新性成果如下：(1)電磁波在儲糧糧堆中傳播特性的研究。從探地雷達的基本探測理論出發，研究了探地雷達應用于糧倉探測的可能性和可行性。結合糧倉的實際探測環境，探討了其參數設置問題。針對電磁波在糧堆中傳播的特性，主要研究電磁波在糧倉多層介質結構體系中傳播的波動方程和反射折射特性，并在此基礎上提出了適應糧倉介質體系結構的電磁波傳播的正演模型和模型構建方法。為了有利于對采集信號的數據解譯，研究了小波域內雷達雜波的濾波問題，提出了小波域內融合閾值算法濾除雷達回波中雜波的方法。(2)依據電磁波在介質中的折射和反射原理，提出了一種介電常數分層反演的迭代算法。算法中采用了相位比較法用來獲取迭代式中所需的修正因子，使得介電常數測算結果優于土木工程中常用的介電常數測量方法。提出的方法解決了儲糧糧堆內部介電常數的分布式測量問題，且測量結果與傳統方法相比誤差處在允許范圍內。(3)對糧食的介電特性作了深入的研究。以小麥為例，分析了影響小麥介電常數的各種因素，分別從小麥溫度、檢測頻率及小麥水分含量對介電常數的影響三個方面做了深入的研究。結合平房倉儲糧糧堆的特點，在大量實驗的基礎上，提出了兩種介電常數和儲糧水分關系的模型：小麥介電—水分非線性模型和Q值法介電－水分線性模型，并著重研究了采用Q值法得到的小麥介電-水分模型以及基于系統識別的改進的Q值法介電-水分模型的構建過程，對兩種模型的應用效果進行了實驗上的評價和分析。(4)研究了對倉內糧堆水分含量異常區域進行電磁波層析成像的理論與方法。從電磁波層析成像的基本理論出發，分析研究了電磁波層析成像的走時層析和衰減層析兩種模式。針對電磁波層析成像的正演方法，深入研究了基于射線理論的正演方法。討論了多種射線追蹤方法，特別討論了對其中的波前法的改進——即采用走時方程進行折射點位置校正以提高追蹤精度的方法。針對射線追蹤應用于地面上糧倉目標測量時邊界條件與地下目標不同的情況，利用FDTD仿真，分析電磁波的傳播特性，特別是對初至波的判斷和提取做了深入地分析。利用波速層析和衰減層析聯合構造層析成像的正演模型。采用LSQR算法對圖像進行重建，在LSQR算法中采用了改進的波前法提高射線追蹤精度，使圖像的重建質量、以及抗干擾方面都得到了一定改善。針對大型糧倉LSQR算法數據量大，計算效率不高的問題，分析了算法中系數矩陣非零元素的分布規律，提出了LSQR算法的并行化方法，并分析了其并行效率。本文所提出的基于電磁波探測的糧倉儲糧水分含量探測技術，不僅融合了電磁波傳播理論、雷達技術、信號與信息處理技術、圖像處理技術，也兼顧了具體的應用需求和現有糧堆水分探測已取得的成果，有可能很好地解決糧堆水分探測平