一种探地雷达三维成像显示方法和雷达技术

本发明专利技术公开了一种探地雷达三维成像显示方法和雷达。该方法包括：使天线作匀速直线运动，并在每一个距离节点下向地面发射脉冲；接收地面特征反射的脉冲，形成回波信号；将接收的同一地面特征在同一距离节点下的多个回波信号加权平均成一个新的回波信号；将新的回波信号按照时间顺序进行排列形成雷达扫描数据矩阵；对雷达扫描数据矩阵进行傅里叶变换得到频谱；对频谱进行频域滤波处理；对滤波后的频谱利用傅里叶反变换，得到处理后的雷达扫描数据矩阵；将处理后的雷达扫描数据矩阵进行合成得到地面特征的三维显示，使地面特征所对应的回波信号更加突出，使对数据滤波的计算量大幅减小，来提高三维成像显示的速度和准确率。来提高三维成像显示的速度和准确率。来提高三维成像显示的速度和准确率。

【技术实现步骤摘要】
一种探地雷达三维成像显示方法和雷达


[0001]本申请涉及雷达
，尤其涉及一种探地雷达三维成像显示方法和雷达。

技术介绍

[0002]合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)成像是一种通过合成多个雷达回波信号来获得高分辨率雷达图像的成像技术。在合成孔径雷达成像中，雷达系统通过对地面特征发射一系列连续的雷达脉冲信号，并在每一个节点下接收其回波信号，然后将这些信号进行合成处理，从而得到高分辨率的雷达图像。
[0003]雷达系统在扫描地面特征的过程中，一个节点下，通常会接收到多个回波信号，这些回波信号通常由地面特征本身的散射信号或环境噪声等组成。相关技术中，会直接使用这些回波信号，但后续三维成像的结果往往会大于实际地面特征，还有一些会对这些回波信号进行降噪处理，但雷达系统在每一个节点下均会收到回波信号，因此待处理回波信号的数量偏大，计算时间也较长，这会导致三维成像显示的效率较低。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种探地雷达三维成像显示方法和雷达，来提高三维成像显示的准确性和效率。
[0005]第一方面，本申请提供了一种探地雷达三维成像显示方法，包括：使天线作匀速直线运动，并在每一个距离节点下向地面发射脉冲；接收地面特征反射的脉冲，形成回波信号；将接收的同一地面特征在同一距离节点下的多个回波信号加权平均成一个新的回波信号；将新的回波信号按照时间顺序进行排列形成雷达扫描数据矩阵；对雷达扫描数据矩阵进行傅里叶变换得到频谱；对频谱进行频域滤波处理；对滤波后的频谱利用傅里叶反变换，得到处理后的雷达扫描数据矩阵；将处理后的雷达扫描数据矩阵进行合成得到地面特征的三维显示。
[0006]在上述实施例中，多个回波信号加权平均成一个新的回波信号，使地面特征所对应的回波信号被加权放大，因此更加突出，散射信号或环境噪声所对应的回波信号被加权减少，来降低散射信号或环境噪声对三维成像显示的结果带来的影响，将多个回波信号综合起来，获得一个更全面、更准确的回波信号。同时，将回波信号从时域转换到频域，用更少的信息描述回波信号，使对数据滤波的计算量大幅减小，来提高三维成像显示的速度。同时，由于散射信号或环境噪声所对应的回波信号之前被被加权减少过，因此在频域滤波中散射信号或环境噪声所对应的回波信号更加容易被过滤，来提高三维成像显示的准确性。
[0007]结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，将接收的同一地面特征在同一距离节点下的多个回波信号加权平均成一个新的回波信号，具体包括：将这些回波信号归一化成不同的权重向量；改变某一权重向量，获取从一个状态转移到另一个状态的转移收益，并反复迭代预设数目次数；根据转移收益获取长期收益最大时对应的状态下的各种权重向量；根据权重向量将多个回波信号加权平均成一个新的回波信号。
[0008]在上述实施例中，通过长期收益最大时对应的状态下的各种权重向量，可以在不同的权重向量组合中选择最优的权重向量组合，从而最大程度上实现权重向量组合的优化和效益，更加合理的将多个回波信号加权平均成一个新的回波信号，提高三维成像显示的准确性。
[0009]结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，转移收益为信噪比数值改变量、频谱失真数值改变量中的任一种。
[0010]在上述实施例中，通过信噪比数值改变量、频谱失真数值改变量来评估频域滤波效果较为合理，提高后续加权平均的质量和可靠性。
[0011]结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，将接收的同一地面特征在同一距离节点下的多个回波信号加权平均成一个新的回波信号之后，将新的回波信号按照时间顺序进行排列形成雷达扫描数据矩阵之前，还包括：对新的回波信号进行距离矫正；对矫正后的回波信号进行多普勒校正。
[0012]在上述实施例中，对新的回波信号进行距离矫正，将不同距离处的地面特征的回波信号压缩到相同的时间轴上，减少由于不同距离处的回波信号具有不同的时间延迟所带来的影响，来提高三维成像显示的效果，对矫正后的回波信号进行多普勒校正，将不同速度的回波信号转换为相同频率的回波信号，方便后续雷达扫描数据矩阵进行合成得到地面特征的三维显示。
[0013]结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，对新的回波信号进行距离矫正，具体包括：根据新的回波信号的传播时间和脉冲的传播速度计算出不同地面特征在不同距离节点下地面特征与雷达的距离；将同一地面特征在不同距离节点的回波信号放入时间轴中；以同一地面特征与雷达最近情况下的距离节点的回波信号为基准回波信号，将其余回波信号在时间轴上进行移动，使其余回波信号与基准回波信号在时间轴上的起点相同。
[0014]在上述实施例中，快速找到基准回波信号，并使其余回波信号与基准回波信号对齐，确保所有回波信号按照相同的标准进行对齐，从而提高距离矫正的准确性，提高对齐效率，同时将同一地面特征在不同距离节点的回波信号的起点相同，进而使不同距离处的回波信号位于同一距离。
[0015]结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，以同一地面特征与雷达最近情况下的距离节点的回波信号为基准回波信号，将其余回波信号在时间轴上进行移动，使其余回波信号与基准回波信号在时间轴上的起点相同之后，还包括：以基准回波信号为基准，将其余回波信号在时间轴进行压缩，使其余回波信号与基准回波信号在时间轴上的长度相同。
[0016]在上述实施例中，将其余回波信号在时间轴进行压缩，使其余回波信号与基准回波信号在时间轴上的长度相同，使不同距离处的回波信号的波长相同。
[0017]结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，对矫正后的回波信号进行多普勒校正，具体包括：根据地面特征的速度和方向计算出多普勒频移；根据计算出的多普勒频移，对同一地面特征在不同距离节点的矫正后的回波信号进行频移。
[0018]在上述实施例中，可以消除多普勒频移对三维成像显示质量的影响，提高三维成像显示的精度和可靠性。
[0019]第二方面，本申请还提供了一种探地雷达，雷达包括：
运动模块，用于使天线作匀速直线运动；发射脉冲模块，用于在每一个距离节点下向地面发射脉冲；接收脉冲模块，用于接收地面特征反射的脉冲，形成回波信号；脉冲合成模块，用于将接收的同一地面特征在同一距离节点下的多个回波信号加权平均成一个新的回波信号；排列模块，用于将新的回波信号按照时间顺序进行排列形成雷达扫描数据矩阵；傅里叶变换模块，用于对雷达扫描数据矩阵进行傅里叶变换得到频谱；滤波模块，用于对频谱进行频域滤波处理；傅里叶反变换模块，用于对滤波后的频谱利用傅里叶反变换，得到处理后的雷达扫描数据矩阵；显示模块，用于将处理后的雷达扫描数据矩阵进行合成得到地面特征的三维显示。
[0020]结合第二方面的一些实施例，在一些实施例中，脉冲合成模块还包括：第一脉冲合成子模块，用于将这些回波信号归一化成不同的权重向量；第二脉冲合成子模块，用于改变某一权重向量，获取从一个状态转移到另一个状态的转移收益，并反复迭代预设数目次数；第三脉冲合成子模块，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种探地雷达三维成像显示方法，其特征在于，包括：使天线作匀速直线运动，并在每一个距离节点下向地面发射脉冲；接收地面特征反射的脉冲，形成回波信号；将接收的同一所述地面特征在同一所述距离节点下的多个所述回波信号加权平均成一个新的回波信号；将所述新的回波信号按照时间顺序进行排列形成雷达扫描数据矩阵；对所述雷达扫描数据矩阵进行傅里叶变换得到频谱；对所述频谱进行频域滤波处理；对滤波后的频谱利用傅里叶反变换，得到处理后的雷达扫描数据矩阵；将所述处理后的雷达扫描数据矩阵进行合成得到地面特征的三维显示。2.根据权利要求1所述的探地雷达三维成像显示方法，其特征在于，所述将接收的同一地面特征在同一距离节点下的多个回波信号加权平均成一个新的回波信号，具体包括：将所述回波信号归一化成不同的权重向量；改变某一权重向量，获取从一个状态转移到另一个状态的转移收益，并反复迭代预设数目次数；根据所述转移收益获取长期收益最大时对应的状态下的各种权重向量；根据所述权重向量将多个所述回波信号加权平均成一个新的回波信号。3.根据权利要求2所述的探地雷达三维成像显示方法，其特征在于，所述转移收益为信噪比数值改变量、频谱失真数值改变量中的任一种。4.根据权利要求1所述的探地雷达三维成像显示方法，其特征在于，所述将接收的同一地面特征在同一距离节点下的多个回波信号加权平均成一个新的回波信号之后，所述将新的回波信号按照时间顺序进行排列形成雷达扫描数据矩阵之前，还包括：对所述新的回波信号进行距离矫正；对矫正后的回波信号进行多普勒校正。5.根据权利要求4所述的探地雷达三维成像显示方法，其特征在于，所述对新的回波信号进行距离矫正，具体包括：根据所述新的回波信号的传播时间和所述脉冲的传播速度计算出不同地面特征在不同距离节点下，所述地面特征与所述雷达的距离；将同一地面特征在不同距离节点的回波信号放入时间轴中；以同一地面特征与雷达最近情况下的距离节点的回波信号为基准回波信号，将其余回波信号在时间轴上进行移动，使所述其余回波信号与所述基准回波信号在时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶建军，虞舟鲁，闻波澜，李威，厉王强，
申请(专利权)人：浙江数治空间规划设计有限公司，
类型：发明
国别省市：