本发明专利技术公开了一种探地雷达加窗加权后向投影成像方法，对成像区域中的每个成像单元，根据扫描场景计算该成像单元时延曲线，然后提取原始记录剖面经预处理后的数据剖面在该时延曲线上的散射数据，生成一维散射数据矢量。根据探地雷达天线的波瓣宽度和成像单元的深度，计算截断长度Wa，然后结合成像单元的横向位置截取该一维散射数据矢量中长度为Wa的一段数据。根据所截取的数据，设计加权因子进行成像运算。遍历所有的成像单元，从而完成成像运算。该探地雷达加窗加权后向投影成像方法能提高成像质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于探地雷达成像
，涉及。
技术介绍
探地雷达是一种有效的无损探测技术。它通过空域扫描向探测区域发射电磁波并接收散射回波，可实现对未知区域内部的成像处理，获得未知区域中的隐蔽目标参数，即目标分布信息和散射强度信息，有效应用于市政工程、考古、地雷探测、反恐等多种场合。探地雷达的空域扫描有沿线的一维扫描和在表面的二维扫描。一维扫描时，发射天线和接收天线分别以一定的间隔沿线移动。在每个位置处，发射天线向探测区域发射电磁波，接收天线接收探测区域的散射回波。然后移动发射天线和接收天线到下一个位置，又可以获得一道 散射回波。通过在整个测线上移动发射天线和接收天线，便可以获得多道散射回波。发射天线和接收天线可以装配在一起同时移动，也可以分别移动。接收天线还可以选择为阵列天线的形式。这些配置方式分别对应于探地雷达应用中不同的扫描方式。本专利适用于各种探地雷达天线一维沿线扫描方式下的成像方法。探地雷达成像的目的是从多道散射回波(即原始记录剖面)中恢复出地下区域的散射强度分布信息，即成像结果。一维扫描可以获得二维成像结果，其中一维为横向扫描维，另一维为纵向深度维。本专利针对一维扫描下的探地雷达数据进行多尺度后向投影成像。设一维测线沿地表布置，测线方向设为X方向，测线范围为，该测线上共有L个测点，坐标分别为Xi, i = l, ···, L0发射天线和接收天线装配在一起同时移动。在测点Xi处，发射天线向探测区域发射电磁波，接收天线接收地下探测区域的散射回波，该点处的一维散射回波记为Si (t) = τ，其中K表示时间维采样点数，上标T表示转置。其采样时窗为 W=tK_「t0。则整个记录剖面数据 Etl (X，t)可表示为 E0 (X，t) = ,即EciUt)为一个二维矩阵，其尺寸为KXL。成像的目的便是通过探地雷达记录剖面数据E0(x, t)获得整个探测区域的散射强度值。探地雷达的成像方法有多种，基于加权“延时一累加”处理的后向投影成像算法适用于非等间距采样下对复杂有耗媒质中点散射型目标的成像处理，广泛应用于探地雷达信号处理中参考文献雷文太.脉冲GPR高分辨成像算法研究.国防科学技术大学，博士学位论文，2006 ;雷文太，曾胜，赵健，柳建新.探地雷达对两层介质中目标的快速后向投影成像方法.电子与信息学报，2012。成像处理前需要对原始数据进行均衡、解振荡、去直达波、零点校正等预处理参考文献Jol H M主编.雷文太，童孝忠，周旸译.探地雷达理论与应用.北京电子工业出版社，2011，设预处理后的记录剖面数据为E1 (x, t) = ，仍为L列。此外，成像处理前，需设定成像区域并预知探测区域的背景媒质的电磁参数。对于下视探地雷达系统而言，成像区域的横向维矢量的取值区间一般取为原始扫描的测线范围。对于前视或斜前视的探地雷达系统而言，该取值区间需要根据具体的探测场景加以确定，此处统一记为。纵向深度维矢量需根据探地雷达的探测深度进行选取，与时窗W有关，记为。传统的加权后向投影成像方法中，是将成像区域分别沿纵向深度维和横向维等间隔地划分为Lz和Lx个网格，则整个成像区域划分为LzX Lx个网格。成像的目的便是获得该LzXLx个网格处的散射强度值,即0(zm，xn)m=l, ···, Lz;n=l, ···, Lx0具体的成像步骤如下(I)对成像区域中的每一网格位置(zm，xn)，根据探测扫描场景计算各测点Xi处对应的电磁波双程传播时延，提取该测点处的一维回波信号Si' (t)在时刻处的值 Qm, n,i，生成一维信号 W1^n=Iiqnbn, P …，qm,n, J。(2)将该一维信号的加权求和作为网格(zm，xn)处的成像结果，即(zm，xn)处的散射强度 (、★ 七。，其中加权因子α ( )定义为 I=IU其中S和U分别为该成像点对应的时延曲线处的散射回波'η的标准差和均值。(3)遍历成像区域中所有的网格，分别计算各点的散射强度0(zm，xn)即可获得整个成像区域的成像结果O (zm, xn)m=l,…，Lz;n=l,…，Lx。传统的加权后向投影成像方法进行成像处理时，对成像区域中的每个单元，提取该成像单元对应双曲线上的所有散射数据，并进行加权累加成像处理。而在GPR(地质雷达)应用中，扫描区域中通常存在多个目标，各目标的绕射曲线通常存在部分重叠的现象。进行成像处理时，如果对每个成像单元采用整个时延曲线上散射回波数据进行加权成像，将会使得相邻目标的散射数据交叉重叠的现象，造成多目标成像质量的下降。因此，有必要设计。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，该探地雷达加窗加权后向投影成像方法能显著提高多目标区域的成像质量。专利技术的技术解决方案如下，将整个成像区域划分为LzXLx个网格，一维测线沿地表布置，一维测线方向设为X方向，该一维测线上共有L个测点，坐标分别为Xi，i = 1，…，L ;通过合成孔径天线对探测区域的扫描；加窗加权后向投影成像的方法包括以下步骤步骤I :提取各成像单元对应的时延曲线上散射回波数据；对成像区域中的每一网格位置(zm，xn),m=l,…，Lz;n=l，…，Lx，根据探测扫描场景计算第i个孔径测点Xi处对应的电磁波双程传播时延τ ，提取该测点Xi处的一维回波信号Si'⑴在时刻Tnbiu解释下标i表示第i个孔径的测点编号，该测点的横向坐标为Xi。对每个孔径测点i，遍历成像区域中的每个网格位置(zm，xn)，都可以计算获得传播时延值，因此，此处的传播时延值用Tm,n i表示。处的幅度值Qnumi解释即为一维信号Si' (t)在t= τ mjnji时的幅度值,即Anbmi=Si' (t= τ ,此处用q进行了替代,生成一维信号wm，n=[qm,;传播时延是通过深度、空间位置以及介电常数计算得来的，为现有成熟计算方法步骤2 :计算有效扫描宽度Wa并截取数据Wa的计算公式为JTa =ro w^2zm‘tan|)，其中，Zni为成像单元的深度，Θ i表示探地雷达天线的零功率波瓣宽度；零功率波瓣宽度可根据实际的天线形式加以计算获得参考文献=Jol H M主编.雷文太，童孝忠，周旸译.探地雷达理论与应用.北京电子工业出版社，2011], round( ·)表示四舍五入取整；截取数据是指截取一维信号wm，n中长度为Wa的一段数据M作为成像单元(zm，xn)对应的时延曲线加窗后的散射回波数据；所截取的这一段散射数据< 为WmjtIn-Wl n+wr],nm式中I=负R=声者满足 Wi+Wr+1=Wa，其中 fix(·)表示截 V 2 yV 2 y尾取整；步骤3 :对成像单元(Zni, Xn)对应的时延曲线加窗范围中的散射数据进行加权求和作为该成像单元的散射强度值，即h0(zm,xn)^a(zm,xn)^wcmn =a(zm,xn)^qmnJ ; /=4式中I1和I2分别表不对一维信号W1^n=IiqmH, *··, Qm,n, J进行加窗截取时，窗口的左端和右端的序号值；加权因子a (zffl, xn)的计算方法如下φ χ，(e- >evh(e- >erS). "jo ，其他’其中，epe-和^分别表示将加窗后的散射回波矢量平均分为三段后各段散a，Jy00射数据的能量本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种探地雷达加窗加权后向投影成像方法，其特征在于，将整个成像区域划分为Lz×Lx个网格，一维测线沿地表布置，一维测线方向设为x方向，该一维测线上共有L个测点，坐标分别为xi，i＝1,…,L；通过合成孔径天线对探测区域的扫描；加窗加权后向投影成像的方法包括以下步骤：步骤1：提取各成像单元对应的时延曲线上散射回波数据；对成像区域中的每一网格位置(zm,xn)，m=1,…,Lz;n=1,…,Lx，根据探测扫描场景计算第i个孔径测点xi处对应的电磁波双程传播时延τm，n，i，提取该测点xi处的一维回波信号si′(t)在时刻τm，n，i，生成一维信号wm,n=[qm，n，1,…,qm,n，L]；步骤2：计算有效扫描宽度Wa并截取数据：Wa的计算公式为其中，zm为成像单元的深度，θ1表示探地雷达天线的零功率波瓣宽度；round(·)表示四舍五入取整；截取数据是指截取一维信号wm,n中长度为Wa的一段数据作为成像单元(zm,xn)对应的时延曲线加窗后的散射回波数据；所截取的这一段散射数据为：式中，二者满足Wl+Wr+1=Wa，其中fix(·)表示截尾取整；步骤3：对成像单元(zm,xn)对应的时延曲线加窗范围中的散射数据进行加权求和作为该成像单元的散射强度值，即O(zm,xn)=α(zm,xn)Σwm,nc=α(zm,xn)Σl=l1l2qm,n,l;式中l1和l2分别表示对一维信号wm,n=[qm，n，1,…,qm，n，L]进行加窗截取时，窗口的左端和右端的序号值；加权因子α(zm,xn)的计算方法如下：其中，elf、emid和erg分别表示将加窗后的散射回波矢量平均分为三段后各段散射数据的能量值，计算方法为erg=Σl=b+1Wa[wm,nc(l)]2,其中a=fix(Wa3),b=fix(2Wa3)分别表示将长度为Wa的加窗后散射回波矢量平均分为三段时各段的分界点；α′=1,s=0us,s≠0,其中s和u分别为该成像点对应的时延曲线加窗后的散射回波矢量的标准差和均值；按照前述的步骤1？步骤3遍历成像区域中所有的网格，分别计算各点的散射强度O(zm,xn)即可获得整个成像区域的成像结果O(zm,xn)m=1,…,Lz;n=1,…,Lx。FDA00002058711500011.jpg,FDA00002058711500012.jpg,FDA00002058711500013.jpg,FDA00002058711500014.jpg,FDA00002058711500015.jpg,FDA00002058711500016.jpg,FDA00002058711500017.jpg,FDA00002058711500021.jpg,FDA00002058711500022.jpg,FDA00002058711500023.jpg,FDA00002058711500024.jpg,FDA00002058711500028.jpg,FDA000020587115000210.jpg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：雷文太，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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