專利名稱：一種用于探地雷達成像的散射強度加權(quán)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于探地雷達成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于探地雷達成像的散射強度加權(quán)處理方法。
背景技術(shù)：
探地雷達是一種有效的無損探測技術(shù)。它通過空域掃描向探測區(qū)域發(fā)射電磁波并接收散射回波，可實現(xiàn)對未知區(qū)域內(nèi)部的成像處理，獲得未知區(qū)域中的隱蔽目標參數(shù)，即目標分布信息和散射強度信息，有效應(yīng)用于市政工程、考古、地雷探測、反恐等多種場合。探地雷達的空域掃描有沿線的一維掃描和在表面的二維掃描。一維掃描時，發(fā)射天線和接收天線分別以一定的間隔沿線移動。在每個位置處，發(fā)射天線向探測區(qū)域發(fā)射電磁波，接收天線接收探測區(qū)域的散射回波。然后移動發(fā)射天線和接收天線到下一個位置，又可以獲得一道散射回波。通過在整個測線上移動發(fā)射天線和接收天線，便可以獲得多道散射回波。發(fā)射天線和接收天線可以裝配在一起同時移動，也可以分別移動。接收天線還可以選擇為陣列天線的形式。這些配置方式分別對應(yīng)于探地雷達應(yīng)用中不同的掃描方式。本專利適用于各種探地雷達天線一維沿線掃描方式下的散射強度加權(quán)處理。探地雷達成像的目的便是從這多道散射回波，即原始記錄剖面中恢復(fù)出地下區(qū)域的散射強度分布信息，即成像結(jié)果。一維掃描可以獲得二維成像結(jié)果，其中一維為橫向掃描維，另一維為深度維。本專利針對一維掃描下探地雷達成像中的散射強度加權(quán)處理。設(shè)一維測線沿地表布置，測線方向設(shè)為X方向， 測線范圍為[A，B]，該測線上共有L個測點，坐標分別為Xi，i = 1，L，L。發(fā)射天線和接收天線裝配在一起同時移動。在測點Xi處，發(fā)射天線向探測區(qū)域發(fā)射電磁波，接收天線接收地下探測區(qū)域的散射回波，該點處的一維散射回波記為Si (t) = [Si(t0)L Si(tk)L Si(V1)]1, 其中K表示時間維采樣點數(shù)，上標T表示轉(zhuǎn)置。其采樣時窗為W = tH-、。則整個記錄剖面數(shù)據(jù) E0 (x, t)可表示為 E0 (x, t) = [Sl (t) L Si (t) L Sl (t)]，即 (x，t)為一個二維矩陣，其尺寸為KXL。成像處理前，需設(shè)定成像區(qū)域并預(yù)知探測區(qū)域的背景媒質(zhì)的電磁參數(shù)。對于下視探地雷達系統(tǒng)而言，成像區(qū)域的橫向維矢量的取值區(qū)間一般取為原始掃描的測線范圍。對于前視或斜前視的探地雷達系統(tǒng)而言，該取值區(qū)間需要根據(jù)具體的探測場景加以確定，此處統(tǒng)一記為[ha，hb]。深度維矢量需根據(jù)探地雷達的探測深度進行選取，與時窗W有關(guān)，記為[ga，gb]。設(shè)定成像區(qū)域后，需要對該成像區(qū)域進行二維離散化處理，將該區(qū)域分別沿深度維和橫向維等間隔地劃分為1^和Lx個網(wǎng)格，則整個成像區(qū)域劃分為LzXLxA網(wǎng)格。成像的目的便是獲得該LzXLx個網(wǎng)格處的散射強度值，即0(zm，xn)m= 1,L, Lz ；η = 1, L, Lx。探地雷達的成像方法有多種，基于“延時-累加”處理的后向投影成像算法適用于非等間距采樣下對復(fù)雜有耗媒質(zhì)中點散射型目標的成像處理，廣泛應(yīng)用于探地雷達信號處理中。成像處理前需要對原始數(shù)據(jù)進行均衡、解振蕩、去直達波、零點校正等預(yù)處理，設(shè)預(yù)處理后的記錄剖面數(shù)據(jù)SE1(^t) = [s' i(t)L s' i(t)L s' Jt)]，仍為L列。對成像區(qū)域中的每一網(wǎng)格位置(zm，xn)，根據(jù)探測掃描場景計算各測點Xi處對應(yīng)的電磁波雙程傳播時延Tm^，然后提取該測點處的一維回波信號S' i(t)在時刻Tnbmi處的值Ckmi，從而生成一維信號Wm,n= [QfflinajLjq^n, J0傳統(tǒng)的成像方法是將該一維信號求和作為網(wǎng)格(Zm，
Xn)處的成像結(jié)果，即(zffl, Xn)處的散射強度為=。遍歷成像區(qū)域中所有的
I=I
網(wǎng)格，分別計算各點的散射強度0(zm，xn)即可獲得整個成像區(qū)域的成像結(jié)果0(zm，xn)m = 1，L Lz ；η = 1，L Lx0 傳統(tǒng)的“延時-累加”成像方法直接將成像網(wǎng)格處對應(yīng)的時延曲線上的散射數(shù)據(jù)進行求和處理作為該網(wǎng)格處的成像結(jié)果，并沒有充分利用各時延曲線上散射數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征，沒有對各時延曲線上的散射數(shù)據(jù)進行不同的加權(quán)處理。因此，傳統(tǒng)方法的成像結(jié)果分辨
率差，旁瓣干擾大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種用于探地雷達成像的散射強度加權(quán)處理方法，該用于探地雷達成像的散射強度加權(quán)處理方法能提高探地雷達的成像質(zhì)量。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種用于探地雷達成像的散射強度加權(quán)處理方法，所述的用于探地雷達成像的散射強度加權(quán)處理方法包括以下步驟步驟1 提取散射數(shù)據(jù)提取成像區(qū)域中某網(wǎng)格(zm，xn)對應(yīng)的時延曲線處的散射數(shù)據(jù)，即wm,n= [Qnuna, L，qffl,n,L]，m和η分別為成像區(qū)域中深度維網(wǎng)格下標和橫向維網(wǎng)格下標，zffl, Xn分別表示縱向和橫線的網(wǎng)格序號，L指接收陣列天線中陣元的數(shù)量；步驟2 基于加權(quán)因子獲取成像結(jié)果遍歷成像區(qū)域中所有的網(wǎng)格，分別計算各網(wǎng)格(zm，xn)處的加權(quán)因子α (zffl,xn)和各網(wǎng)格(Ζω，χη)處對應(yīng)的時延曲線處散射數(shù)據(jù)之和，進而獲得整個成像區(qū)域的成像
I=I
L
結(jié)果“^^， ^^，^^刀禮力，其中m = 1，L，Lz ；η = 1，L，Lx ;LZ和Lx分別為深度維和
I=I
橫向維的成像網(wǎng)格的數(shù)目。Lz和Lx是根據(jù)探地雷達的有效探測深度和天線的有效覆蓋范圍確定的。加權(quán)因子α (zffl, xn)的計算方法為以下兩種方法中的任意一種方法
X S = O方法 1: =
mx , Λ，其中Hi1和s分別為成像點(zm，xn)對應(yīng)的時延曲線處的
散射回波的均值和標準差，計算公式為，
權(quán)利要求
1. 一種用于探地雷達成像的散射強度加權(quán)處理方法，包括以下步驟 步驟1 提取散射數(shù)據(jù)提取成像區(qū)域中某網(wǎng)格(Zm，Xn)對應(yīng)的時延曲線處的散射數(shù)據(jù)，即
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于探地雷達成像的散射強度加權(quán)處理方法，其特征在于， 加權(quán)因子α (zffl, xn)的計算方法為以下兩種方法中的任意一種方法 方法
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于探地雷達成像的散射強度加權(quán)處理方法，包括以下步驟步驟1提取散射數(shù)據(jù)提取成像區(qū)域中某網(wǎng)格(zm，xn)對應(yīng)的時延曲線處的散射數(shù)據(jù)，即wm，n＝[qm，n，1，L，qm，n，L]，步驟2基于加權(quán)因子獲取成像結(jié)果遍歷成像區(qū)域中所有的網(wǎng)格，分別計算各網(wǎng)格(zm，xn)處的加權(quán)因子α(zm，xn)和各網(wǎng)格對應(yīng)的時延曲線處散射數(shù)據(jù)之和進而獲得整個成像區(qū)域的成像結(jié)果其中m＝1，L，Lz；n＝1，L，Lx。該用于探地雷達成像的散射強度加權(quán)處理方法能提高探地雷達的成像質(zhì)量。
文檔編號G01S13/89GK102253371SQ20111009701
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者雷文太 申請人:中南大學(xué)