[發明專利]一種平面三層介質中電磁波傳播時延的計算方法

有效

• 申請號: 201110287608.3
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN102508205A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 雷文太
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02;G01S13/89
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 黃美成

技術領域

本發明屬于探地雷達成像技術領域，涉及一種平面三層介質中電磁波傳播時延的計算方法。

背景技術

探地雷達是一種有效的無損探測技術。它通過空域掃描向探測區域發射電磁波并接收散射回波，可實現對未知區域內部的成像處理，獲得未知區域中的隱蔽目標參數，即目標分布信息和散射強度信息，有效應用于市政工程、考古、地雷探測、反恐等多種場合。

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分層介質中點散射型目標的成像處理，因而廣泛應用于探地雷達信號處理中。后向投影成像算法的關鍵處理步驟是傳播時延的計算。對成像區域中的每一網格位置(x_o，z_o)，根據探測掃描場景分別計算各測點對應的發射天線x_T和接收天線x_R到成像點(x_o，z_o)的電磁波單程傳播時延。本專利適用于平面三層介質環境下第一層介質(空氣)中各天線測點到第三層介質中各成像點的單程傳播時延的計算。

對三層平面介質結構的掃描區域而言，探地雷達天線位于第一層介質，即空氣中，用于對整個探測區域進行掃描。整個成像區域可分為兩部分，即第二層介質部分和第三層介質部分。成像處理便是獲得第二層介質中各點和第三層介質中成像區域覆蓋的各點的散射強度。在進行后向投影成像運算時，對第二層介質中的各點，需要計算電磁波經過一次折射后的傳播時延，常用的方法有搜索法、線性近似法【參考文獻：E.M.Johansson，J.E.Mast，Three?dimensional?ground?penetrating?radar?imaging?using?a?synthetic?aperture?time-domain?focusing，in：Proceedings?of?the?SPIE?Conference?on?Advanced?Microwave?and?Millimeter?Wave?Detectors，2275，1994，pp.205-214.】和雙曲線波前近似法【參考文獻：Rappaport，C.，A?novel，non-iterative，analytic?method?to?find?the?surface?refraction?point?for?air-coupled?ground?penetrating?radar，Proceedings?of?the?5th?European?Conference?on?Antennas?and?Propagation(EUCAP)，1786-1789，2011】。對第三層介質中成像區域的各點，需要計算各成像點到第一層介質(空氣)中探地雷達天線各測點的傳播時延。根據電磁波傳播規律，電磁波在探地雷達天線和第三層介質中成像點間的傳播要經過兩次折射，即在第一二層介質交界面處產生一次折射，在第二三層介質交界面處產生第二次折射，如圖1所示。

傳統的時延計算方法是通過兩維搜索獲得單程傳播時延的極小值，即