[發(fā)明專利]一種探地雷達(dá)單道電磁波譜三維定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410419396.3
• 申請(qǐng)日: 2014-08-23
• 公開（公告）號(hào): CN104155635B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣海波;陳建中;李娜;周星梅;胡斌;胡君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所
• 主分類號(hào): G01S7/40
• 分類號(hào): G01S7/40;G01S13/02
• 代理公司: 成都賽恩斯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)51212
• 代理人: 朱月仙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及探地雷達(dá)電磁波譜無損探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及利用機(jī)器視覺獲取探地雷達(dá)天線位置與位姿信息進(jìn)而進(jìn)行準(zhǔn)確的單道電磁波三維空間定位和顯示的方法。

背景技術(shù)

地球的淺表層是支持眾多生物繁衍生息的地質(zhì)層。它含有豐富的地球資源，如礦物、地下水、土壤及其他沉積物。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，人們對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)日益深化，這使得對(duì)地下環(huán)境的探索與認(rèn)識(shí)需求不斷的增長(zhǎng)并更加的迫切。探地雷達(dá)作為一種無損對(duì)地檢測(cè)手段，利用多頻電磁波譜以脈沖形式對(duì)地表之下相關(guān)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。在土壤、泥炭地探測(cè)和植物體監(jiān)測(cè)、地下水資源研究、地下污染物的定量監(jiān)測(cè)、洞穴動(dòng)物的探測(cè)、在風(fēng)蝕沙丘探測(cè)、海岸環(huán)境研究、在河流沉積學(xué)中應(yīng)用、冰川和冰層探測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)等方面具有廣闊的應(yīng)用。

在探地雷達(dá)成像技術(shù)中，單道電磁波譜的準(zhǔn)確顯示對(duì)于地下目標(biāo)的準(zhǔn)確判讀與雷達(dá)波譜圖的正確解譯具有重要意義。目前，探地雷達(dá)的單道波譜形成中，并未有單道電磁波譜圖像的三維信息，而事實(shí)上探地雷達(dá)對(duì)地下探測(cè)物的探測(cè)精度恰恰建立在單道電磁波譜的三維精確定位之上，這對(duì)于探地雷達(dá)對(duì)目標(biāo)探測(cè)物的精確測(cè)量具有較大影響。特別是探地雷達(dá)天線在行進(jìn)過程中，由于地表的不平，探地雷達(dá)的天線并不能夠時(shí)時(shí)保持同樣的姿態(tài)對(duì)地進(jìn)行探測(cè)，而目前的二維波譜顯示方法中卻不能顯示因探地雷達(dá)天線位姿變化所帶來的單道波譜信號(hào)對(duì)應(yīng)性位姿變化信息，而是假設(shè)雷達(dá)天線在運(yùn)動(dòng)過程中時(shí)刻保持相同運(yùn)行姿態(tài)。因而，目前探地雷達(dá)形成的二維譜圖中時(shí)刻認(rèn)為發(fā)射的電磁波一直射向位于雷達(dá)天線所在位置的垂直正下方。而事實(shí)上，由于地表的不平或者其它因素，探地雷達(dá)天線的姿態(tài)很難保持一種絕對(duì)不變的姿態(tài)在運(yùn)行。特別是當(dāng)雷達(dá)天線在測(cè)量過程中，出現(xiàn)較大的姿態(tài)變化時(shí)，原有方法已不能準(zhǔn)確顯示因雷達(dá)天線姿態(tài)發(fā)生變化而電磁波發(fā)射角發(fā)生的相應(yīng)變化，這對(duì)地下探測(cè)物的探測(cè)帶來很大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種可以對(duì)單道雷達(dá)波譜進(jìn)行準(zhǔn)確三維顯示的探地雷達(dá)單道電磁波譜三維定位方法。

一種探地雷達(dá)單道電磁波譜三維定位方法，包括發(fā)射電磁波的探地雷達(dá)天線，所述方法包括如下步驟(1)至步驟(2)：

步驟(1)、獲取任意時(shí)刻探地雷達(dá)天線的三維位置與位姿信息；

步驟(2)、通過某一時(shí)刻的探地雷達(dá)天線的三維位置與位姿信息對(duì)所述對(duì)應(yīng)時(shí)刻探地雷達(dá)發(fā)射的電磁波譜進(jìn)行三維顯示校正，獲得任意時(shí)刻探地雷達(dá)發(fā)射電磁波的三維空間信息。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)獲取任意時(shí)刻探地雷達(dá)天線的三維位置與位姿信息包括如下步驟(1.1)至步驟(1.3)：

(1.1)包括相對(duì)位置已經(jīng)確定的第一圖像采集設(shè)備和第二圖像采集設(shè)備，當(dāng)探地雷達(dá)天線在地表運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一圖像采集設(shè)備和第二圖像采集設(shè)備保持靜止并分別采集探地雷達(dá)天線在任意時(shí)刻運(yùn)動(dòng)的圖像信息，每一時(shí)刻對(duì)應(yīng)一幀圖像；

(1.2)根據(jù)第一圖像采集設(shè)備和第二圖像采集設(shè)備的相對(duì)位置信息，以及根據(jù)第一圖像采集設(shè)備和第二圖像采集設(shè)備分別采集的探地雷達(dá)天線在任意時(shí)刻運(yùn)動(dòng)的圖像信息獲取的探地雷達(dá)天線的二維坐標(biāo)信息，通過二維坐標(biāo)與三維坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系獲取探地雷達(dá)天線的三維坐標(biāo)；

(1.3)利用圖像處理方法根據(jù)所述探地雷達(dá)天線的三維坐標(biāo)確定每一幀圖像中探地雷達(dá)天線的位置與姿態(tài)信息。

更進(jìn)一步地，所述步驟(1.2)具體為：通過第一圖像采集設(shè)備和第二圖像采集設(shè)備分別采集的探地雷達(dá)天線的運(yùn)動(dòng)圖像，以同時(shí)獲得探地雷達(dá)某一特征點(diǎn)分別在兩個(gè)圖像采集設(shè)備形成圖像的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)，并通過這兩個(gè)坐標(biāo)，利用二維坐標(biāo)與三維坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系構(gòu)成兩個(gè)方程，獲得該特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)。步驟(1.2)中獲取探地雷達(dá)天線三維坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：