基于探地雷达数据的后向投影成像方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种基于探地雷达数据的后向投影成像方法、系统及存储介质，其中方法包括：对采集到的二维回波数据进行降采样处理，以使只需遍历部分天线合成孔径即可完成一个目标点的能量收集；根据采集到的二维回波数据获取目标点的回波相对于各个合成孔径天线的双程时延；根据双程时延在各道信号时延处截取有用信号段，将截取到的有用信号段进行互相关运算，获得互相关系数；将互相关系数的均值作为权值加权到后向投影算法中，获得散射响应，将散射响应进行相干叠加获得目标点的成像结果。本发明专利技术由经典后向投影算法出发，依据“时延‑求和”的核心思想求解目标点的成像结果，能够减少运算时间，以及提高成像精度，可广泛应用于雷达成像领域。

【技术实现步骤摘要】
基于探地雷达数据的后向投影成像方法、系统及存储介质
本专利技术涉及雷达成像领域，尤其涉及一种基于探地雷达数据的后向投影成像方法、系统及存储介质。
技术介绍
我国交通设施发展迅猛，大量公路、铁路等基础道路设施投入使用，公路建设面积也在逐年增大，国民对其依赖度也越来越高。随着高速公路的迅速发展，道路问题对国民正常生活造成威胁，因公路路基损坏导致的交通事故频发。传统的公路质量检测采用打钻取芯法和挖掘取样法等检测手段，一方面对公路路基的破坏很大，另一方面由于不能全部取样检测，导致检测不具有代表性，很难发现地下空洞和土质疏松等病害问题，同时对公路质量留下很大的安全性隐患。探地雷达(GPR，groundpenetratingradar)可以不破坏路基进行探测，同时具有高效、高分辨率等优点，因而近年来探地雷达广泛应用于管线探查、考古研究、道路与桥梁病害检测。由于公路地基介质的复杂性，探地雷达对公路探测采集的目标回波数据直接观察非常困难，且容易出现误判，需数据预处理之后上传至上位机经相关成像软件处理进行图形化显示。后向投影(BP，BackProject)算法最早由McCorkle基于医学上的CT投影成像技术提出的SAR时域成像技术，经过不断的发展与改进现已成为雷达成像算法中最为经典、简便也是应用最为广泛的一种成像方法。BP算法的基本理论可以用线性阵列模型来解释，概念清晰，模型简单，在SAR成像领域中已得到了广泛应用。BP算法可应用于多种架构的雷达天线而不受阵列形式的限制，但是其也有着巨大的缺陷，所需处理的数据量巨大并且存在冗余，导致其运算效率低下，成像花费时间长。
技术实现思路
为了解决上述技术问题之一，本专利技术的目的是提供一种基于探地雷达数据的后向投影成像方法、系统及存储介质，优化解决经典BP成像算法计算复杂并且存在旁瓣与杂波干扰严重的问题。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于探地雷达数据的后向投影成像方法，包括以下步骤：对采集到的二维回波数据进行降采样处理，以使只需遍历部分天线合成孔径即可完成一个目标点的能量收集；根据采集到的所述二维回波数据获取所述目标点的回波相对于各个所述天线合成孔径的双程时延；根据所述双程时延在各道信号时延处截取有用信号段，将截取到的所述有用信号段进行互相关运算，获得互相关系数；将所述互相关系数的均值作为权值加权到后向投影算法中，获得散射响应，将所述散射响应进行相干叠加获得目标点的成像结果。进一步，所述对采集到的二维回波数据进行降采样处理，包括：探地雷达采集到的二维回波数据在保证成像精度的前提下，对所述天线合成孔径的数目单元进行合并划分，对单道的所述二维回波数据进行降采样处理。进一步，所述根据采集到的所述二维回波数据获取所述目标点的回波相对于各个所述天线合成孔径的双程时延，包括：根据采集到的所述二维回波数据，采用折射点近似求解得出折射点的数值解；根据所述折射点的数值解获取目标点的回波相对于各个所述天线合成孔径的双程时延。进一步，所述根据所述双程时延在各道信号时延处截取有用信号段，将截取到的所述有用信号段进行互相关运算，获得互相关系数，包括：根据双程时延获取单道所述二维回波数据中对应的回波信号，根据所述回波信号在各道信号时延处截取有用信号段，获得数据矩阵；根据所述数据矩阵对各道所述有用信号段进行互相关处理，获得互相关系数。进一步，所述数值解的公式为：其中，为折射点的近似解，εr为折射系数，xA为目标点的坐标。进一步，所述双程时延的公式为：其中，τA,k为双程时延，v为电磁波速。进一步，所述目标点的成像公式为：其中，表示数据矩阵中的第k道数据互相关系数的均值，表示截取的数据矩阵中第k道数据的均值。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种基于探地雷达数据的后向投影成像系统，包括：数据采集模块，用于对采集到的二维回波数据进行降采样处理，以使只需遍历部分天线合成孔径即可完成一个目标点的能量收集；时延求解模块，用于根据采集到的所述二维回波数据获取所述目标点的回波相对于各个所述天线合成孔径的双程时延；相关求解模块，用于根据所述双程时延在各道信号时延处截取有用信号段，将截取到的所述有用信号段进行互相关运算，获得互相关系数；加权成像模块，用于将所述互相关系数的均值作为权值加权到后向投影算法中，获得散射响应，将所述散射响应进行相干叠加获得目标点的成像结果。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种基于探地雷达数据的后向投影成像装置，包括：至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储至少一个程序；当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上所述方法。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行如上所述方法。本专利技术的有益效果是：本专利技术由经典后向投影(BP)算法出发，依据“时延-求和”的核心思想，通过对采集到的二维回波数据(B-SCAN)提前进行降采样处理，求得成像点回波相对于各个合成孔径天线的双程时延，再通过在各道信号时延处上下截取有用信号段并将截取的各道数据段进行彼此互相关运算，并将求得的互相关系数的均值作为权值加权到BP成像算法中，最后将求得的散射响应进行相干叠加即可得到目标点的成像结果，能够有效地减少运算时间，以及提高成像精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本方明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本专利技术的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。图1是本专利技术实施例中BP成像算法场景模拟示意图；图2是本专利技术实施例中多目标物体正演“钢筋-混凝土模型”示意图；图3是本专利技术实施例中经典BP成像算法成像结果示意图；图4是本专利技术实施例中降采样成像算法成像结果示意图；图5是本专利技术实施例中改进均值互相关系数的BP成像算法成像结果示意图；图6是本专利技术实施例中一种基于探地雷达数据的后向投影成像方法的步骤流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于探地雷达数据的后向投影成像方法，其特征在于，包括以下步骤：/n对采集到的二维回波数据进行降采样处理，以使只需遍历部分天线合成孔径即可完成一个目标点的能量收集；/n根据采集到的所述二维回波数据获取所述目标点的回波相对于各个所述天线合成孔径的双程时延；/n根据所述双程时延在各道信号时延处截取有用信号段，将截取到的所述有用信号段进行互相关运算，获得互相关系数；/n将所述互相关系数的均值作为权值加权到后向投影算法中，获得散射响应，将所述散射响应进行相干叠加获得目标点的成像结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于探地雷达数据的后向投影成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
对采集到的二维回波数据进行降采样处理，以使只需遍历部分天线合成孔径即可完成一个目标点的能量收集；
根据采集到的所述二维回波数据获取所述目标点的回波相对于各个所述天线合成孔径的双程时延；
根据所述双程时延在各道信号时延处截取有用信号段，将截取到的所述有用信号段进行互相关运算，获得互相关系数；
将所述互相关系数的均值作为权值加权到后向投影算法中，获得散射响应，将所述散射响应进行相干叠加获得目标点的成像结果。


2.根据权利要求1所述的一种基于探地雷达数据的后向投影成像方法，其特征在于，所述对采集到的二维回波数据进行降采样处理，包括：
探地雷达采集到的二维回波数据在保证成像精度的前提下，对所述天线合成孔径的数目单元进行合并划分，对单道的所述二维回波数据进行降采样处理。


3.根据权利要求1所述的一种基于探地雷达数据的后向投影成像方法，其特征在于，所述根据采集到的所述二维回波数据获取所述目标点的回波相对于各个所述天线合成孔径的双程时延，包括：
根据采集到的所述二维回波数据，采用折射点近似求解得出折射点的数值解；
根据所述折射点的数值解获取目标点的回波相对于各个所述天线合成孔径的双程时延。


4.根据权利要求1所述的一种基于探地雷达数据的后向投影成像方法，其特征在于，所述根据所述双程时延在各道信号时延处截取有用信号段，将截取到的所述有用信号段进行互相关运算，获得互相关系数，包括：
根据双程时延获取单道所述二维回波数据中对应的回波信号，根据所述回波信号在各道信号时延处截取有用信号段，获得数据矩阵；
根据所述数据矩阵对各道所述有用信号段进行互相关处理，获得互相关系数。


5.根据权利要求3所述的一种基于探地雷达数据的...

【专利技术属性】
技术研发人员：于波，闫泽涛，
申请(专利权)人：深圳航天科技创新研究院，深圳市航天华拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44