專利名稱：一種探地雷達(dá)多尺度后向投影成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于探地雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種探地雷達(dá)多尺度后向投影成像方法。
背景技術(shù)：
探地雷達(dá)是一種有效的無損探測(cè)技術(shù)。它通過空域掃描向探測(cè)區(qū)域發(fā)射電磁波并接收散射回波，可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(biāo)參數(shù)，即目標(biāo)分布信息和散射強(qiáng)度信息，有效應(yīng)用于市政工程、考古、地雷探測(cè)、反恐等多種場(chǎng)合。探地雷達(dá)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(shí)，發(fā)射天線和接收天線分別以一定的間隔沿線移動(dòng)。在每個(gè)位置處，發(fā)射天線向探測(cè)區(qū)域發(fā)射電磁波，接收天線接收探測(cè)區(qū)域的散射回波。然后移動(dòng)發(fā)射天線和接收天線到下一個(gè)位置，又可以獲得一道散射回波。通過在整個(gè)測(cè)線上移動(dòng)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(shí)移動(dòng)，也可以分別移動(dòng)。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(duì)應(yīng)于探地雷達(dá)應(yīng)用中不同的掃描方式。本專利適用于各種探地雷達(dá)天線一維沿線掃描方式下的成像方法。探地雷達(dá)成像的目的是從多道散射回波(即原始記錄剖面)中恢復(fù)出地下區(qū)域的散射強(qiáng)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，另一維為縱向深度維。本專利針對(duì)一維掃描下的探地雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行多尺度后向投影成像。設(shè)一維測(cè)線沿地表布置，測(cè)線方向設(shè)為X方向，測(cè)線范圍為[A，B]，該測(cè)線上共有L個(gè)測(cè)點(diǎn)，坐標(biāo)分別為Xi，i = 1，…，L。發(fā)射天線和接收天線裝配在一起同時(shí)移動(dòng)。在測(cè)點(diǎn)Xi處,發(fā)射天線向探測(cè)區(qū)域發(fā)射電磁波,接收天線接收地下探測(cè)區(qū)域的散射回波，該點(diǎn)處的一維散射回波記為Si⑴=[Si (t0)…Si (tk)…Si (V1)]1,其中K表示時(shí)間維采樣點(diǎn)數(shù),上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置。其采樣時(shí)窗為W = Vj-too則整個(gè)記錄剖面數(shù)據(jù) E0(x,t)可表示為 E0(x,t) = [S1 (!:)Si (!:)sL (t)],即 E0 (x,t)為一個(gè)二維矩陣，其尺寸為KXL。成像的目的便是通過探地雷達(dá)記錄剖面數(shù)據(jù)Eci(^t)獲得整個(gè)探測(cè)區(qū)域的散射強(qiáng)度值。探地雷達(dá)的成像方法有多種，基于“延時(shí)-累加”處理的后向投影成像算法適用于非等間距采樣下對(duì)復(fù)雜有耗媒質(zhì)中點(diǎn)散射型目標(biāo)的成像處理，廣泛應(yīng)用于探地雷達(dá)信號(hào)處理中參考文獻(xiàn)雷文太.脈沖GPR高分辨成像算法研究.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，博士學(xué)位論文，2006。成像處理前需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡、解振蕩、去直達(dá)波、零點(diǎn)校正等預(yù)處理參考文獻(xiàn)Jol H M主編.雷文太，童孝忠，周旸譯.探地雷達(dá)理論與應(yīng)用.北京電子工業(yè)出版社，2011，設(shè)預(yù)處理后的記錄剖面數(shù)據(jù)SE1U, t) = [s' Jt)…s'L(t)],仍為L列。此外，成像處理前，需設(shè)定成像區(qū)域并預(yù)知探測(cè)區(qū)域的背景媒質(zhì)的電磁參數(shù)。對(duì)于下視探地雷達(dá)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(cè)線范圍。對(duì)于前視或斜前視的探地雷達(dá)系統(tǒng)而言，該取值區(qū)間需要根據(jù)具體的探測(cè)場(chǎng)景加以確 定，此處統(tǒng)一記為[ha，hb]?？v向深度維矢量需根據(jù)探地雷達(dá)的探測(cè)深度進(jìn)行選取，與時(shí)窗W有關(guān),記為[ga, gb]。
傳統(tǒng)的后向投影成像方法中，僅對(duì)該成像區(qū)域進(jìn)行一次網(wǎng)格劃分，即將該區(qū)域分別沿縱向深度維和橫向維等間隔地劃分為匕和Lx個(gè)網(wǎng)格，則整個(gè)成像區(qū)域劃分為LzXLxA網(wǎng)格。成像的目的便是獲得該LzXLxA網(wǎng)格處的散射強(qiáng)度值，即0(zm，xn)m= 1，…，Lz;n=1,…，Lx。具體的成像步驟如下(I)對(duì)成像區(qū)域中的每一網(wǎng)格位置(zm，Xn)，根據(jù)探測(cè)掃描場(chǎng)景計(jì)算各測(cè)點(diǎn)Xi處對(duì)應(yīng)的電磁波雙程傳播時(shí)延T ，提取該測(cè)點(diǎn)處的一維回波信號(hào)S/ (t)在時(shí)刻T 處的值 Qm, n,i，生成一維信號(hào)
權(quán)利要求
1.一種探地雷達(dá)多尺度后向投影成像方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟I:設(shè)置成像區(qū)域，設(shè)定第一尺度的成像網(wǎng)格，運(yùn)用后向投影成像方法進(jìn)行成像處理，獲得第一尺度的二維成像結(jié)果；尺度號(hào)i = I; 步驟2 :對(duì)第i尺度下的二維成像結(jié)果進(jìn)行局部極大值的提取，確定處于局部極大值的成像區(qū)域； 步驟3 :保持整個(gè)成像區(qū)域不變，設(shè)定第i+1尺度的成像網(wǎng)格，第i+1尺度的成像網(wǎng)格的尺寸小于第i尺度的成像網(wǎng)格，記第i尺度的成像網(wǎng)格和第i+1尺度的成像網(wǎng)格分別為粗成像網(wǎng)格和細(xì)成像網(wǎng)格；對(duì)處于局部極大值區(qū)域的細(xì)成像網(wǎng)格，再次運(yùn)用后向投影成像方法進(jìn)行成像處理； 步驟4 :對(duì)非局部極大值區(qū)域的細(xì)成像網(wǎng)格進(jìn)行成像結(jié)果的填充這些網(wǎng)格處的成像值直接由與之對(duì)應(yīng)的粗成像網(wǎng)格處的成像結(jié)果給出-J人而獲得第i+1尺度的二維成像結(jié)果; 步驟5 :判斷細(xì)成像網(wǎng)格是否滿足設(shè)置的條件 如不滿足，則使i遞增1，即i = i+1，并返回步驟2 ； 如滿足，則成像結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的探地雷達(dá)多尺度后向投影成像方法，其特征在于，探地雷達(dá)進(jìn)行一維沿線掃描，所獲得的雷達(dá)記錄剖面記為Etl (x，t) ；E0表示散射場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度值，X是檢測(cè)點(diǎn)的橫向位置，t表示時(shí)間；該雷達(dá)記錄剖面為一個(gè)二維矩陣，其尺寸為KXL，K表示時(shí)間維的采樣點(diǎn)數(shù)，L表示空間維的橫向采樣點(diǎn)數(shù)；成像的目的便是通過探地雷達(dá)記錄剖面數(shù)據(jù)Eci(^t)獲得整個(gè)探測(cè)區(qū)域的散射強(qiáng)度值；根據(jù)探地雷達(dá)空間掃描區(qū)域，確定橫向維成像范圍為[ha，hb]，縱向維成像范圍為[ga, gb]； 第一尺度的成像網(wǎng)格的尺寸按照以下方法確定 將該探地雷達(dá)空間掃描區(qū)域分別沿縱向深度維和橫向維等間隔地劃分為'和&個(gè)網(wǎng)格； 和按照如下方式加以確定
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的探地雷達(dá)多尺度后向投影成像方法，其特征在于，步驟2的具體過程為 提取第i尺度下的網(wǎng)格成像結(jié)果O1 (zffl, xn)的最大值和最小值，分別記為和 分以下三種情況提取局部極大值對(duì)應(yīng)的成像區(qū)域 (I)如果 I〉0，I <0， 則設(shè)置閾值系數(shù)S1和s2，分別提取滿足式和式
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的探地雷達(dá)多尺度后向投影成像方法，其特征在于，步驟5中所述的設(shè)置的條件為Lxf ^ L，其中Lxf表示當(dāng)前小尺度細(xì)網(wǎng)格成像結(jié)果的橫向維網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)目。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的探地雷達(dá)多尺度后向投影成像方法，其特征在于，步驟3中，第i+1尺度的網(wǎng)格數(shù)量為第i尺度的網(wǎng)格數(shù)量的G1X G1倍，G1為細(xì)化系數(shù)，G1的取值為G1 G [2,7];在細(xì)化的過程中，整個(gè)成像區(qū)域的空間范圍不變。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種探地雷達(dá)多尺度后向投影成像方法，步驟1設(shè)置成像區(qū)域，設(shè)定第一尺度的成像網(wǎng)格，獲得第一尺度的二維成像結(jié)果；尺度號(hào)i＝1；步驟2對(duì)第i尺度下的二維成像結(jié)果進(jìn)行局部極大值的提取，確定處于局部極大值的成像區(qū)域；步驟3設(shè)定第i+1尺度的成像網(wǎng)格，對(duì)處于局部極大值區(qū)域的細(xì)成像網(wǎng)格，再次運(yùn)用后向投影成像方法進(jìn)行成像處理；步驟4對(duì)非局部極大值區(qū)域的細(xì)成像網(wǎng)格進(jìn)行成像結(jié)果的填充；步驟5判斷細(xì)成像網(wǎng)格是否滿足設(shè)置的條件如不滿足，則使i遞增1，并返回步驟2；如滿足，則成像結(jié)束。該探地雷達(dá)多尺度后向投影成像方法在成像質(zhì)量和精度相當(dāng)?shù)那闆r下，能顯著提高成像效率。
文檔編號(hào)G01S13/89GK102621548SQ20121011196
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者董健, 雷文太 申請(qǐng)人:中南大學(xué)