[發明專利]一種目標透視雷達成像方法

有效

• 申請號: 201510272010.5
• 申請日: 2015-05-25
• 公開（公告）號: CN104965203B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 劉峰;向寅;于慧
• 申請（專利權）人: 北京理工雷科電子信息技術有限公司
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 溫子云,仇蕾安

技術領域

本發明涉及一種目標透視雷達成像技術領域。

背景技術

探地雷達(Ground Penetrating Radar，GPR)是一種以電磁波為探測手段，從地上對地下地層分布及地底埋藏物進行探測的無損探測技術，廣泛應用于探雷、探礦、路基、隧道、地下涵道、管網無損檢測及考古等多個軍事和民用領域。合成孔徑成像是一種主動式微波相參成像技術，具備空間分辨率高、能全天時全天候工作的特點，是軍事偵察、地形測繪、探地、穿墻成像等領域的常用技術之一。

探墻雷達(Wall Penetrating Radar,WPR)是一種利用電磁波從墻外部探測墻內隱藏目標的技術，屬于探地雷達的衍生技術，廣泛應用于對墻體內線纜、鋼筋、管道等規則目標以及竊聽器等不規則物體的探測和識別。目前，對目標進行精確定位和高分辨成像成為探墻雷達技術發展的一大熱點。

步進頻連續波雷達是一種通過發射一連串載頻線性跳變的連續波，將不同頻點回波信號做相參處理實現高分辨的技術，具有發射功率低、瞬時帶寬窄、信號工作帶寬寬等特點，其設備相對簡單、重量較輕、測距和測速精度高，廣泛應用在周邊監測、探地等領域。但是在近場條件下，由于天線不能簡單的等效為一個相位中心，因此不能采用信號相參方式，對于近場條件下復雜的回波信號無能為力。

但是，步進頻連續波雷達通常應用在遠場條件下，即目標與天線距離較遠，步進頻連續波雷達基于遠場假設，即將天線簡單的等效為一個相位中心，從而可以采用信號相參的方式進行數據處理，實現高分辨。然而在實際應用中，探墻雷達的探頭一般距離墻面很近，而且墻面的厚度一定，這使得目標處于天線的輻射近場區，天線不能簡單的等效為一個相位中心，因此不能沿用遠場的處理方法。同時，由于墻內埋藏的目標不僅僅是簡單的管狀物或者條狀物，而是形狀復雜、尺寸更小的小目標，所以在滿足探測深度要求的同時需要實現高分辨率成像；再者，考慮到在實際使用時，需要將安裝有一定質量探頭的手持端放在墻面上一段時間，因此實時成像需要快速的成像方法。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種目標透視雷達成像方法，能夠應用在近場條件下，實現了對小目標的探測和高分辨成像。

為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的：

一種目標透視雷達成像方法，用于介質中的目標進行近場成像，該方法包括如下步驟：

步驟一、采用步進頻連續波雷達作為目標透視雷達，構建目標透視雷達的收發天線在自由空氣中的電磁場分布并預存；

步驟二、利用合成孔徑成像技術，對目標透視雷達實際掃描獲得的二維平面探測數據進行單頻點成像，獲得介質的單頻點三維成像結果；所述合成孔徑成像的處理過程中的相參操作是利用預存的所述自由空氣中的電磁場分布與所述二維平面探測數據進行相參；

步驟三、生成一系列補償相位值，對步驟二的單頻點三維成像結果進行補償，然后利用熵值表達有序性的特點，從補償結果中找到熵值最小者，認為是最為逼近真實的三維成像結果；

步驟四、從所述最為逼近真實的介質三維成像結果中找到熵值最小的二維切片，認為是最為逼近介質中真實目標深度的切片，即目標成像結果。

優選地，所述步驟一具體為：

對目標透視雷達的收發天線口面進行近場掃描，然后利用獲得的目標透視雷達收發天線的二維口面場掃描數據計算發射天線和接收天線在空氣中的波前數據；將發射天線波前數據和接收天線波前數據按方位向x、俯仰向y、距離向z、步進頻率f對應相乘，獲得收發天線在自由空氣中的電磁場分布。

優選地，發射天線在空氣中的波前數據的計算方式為：首先將發射天線的二維口面場掃描數據A^T(x,y；f)沿x方向和y方向做傅里葉變換，再乘以距離向因子exp(jk_zz)，其中z即為距離向坐標，k_z為距離向傅里葉頻率，最后輸出發射天線在空氣中的波前數據E^T(x,y,z；f)；f為步進頻連續波雷達的步進頻率；

接收天線在空氣中的波前數據的計算方式為：首先將接收天線的二維口面場掃描數據A^R(x,y；f)沿x方向和y方向做傅里葉變換，再乘以距離向因子exp(jk_zz)，最后輸出接收天線在空氣中的波前數據E^R(x,y,z；f)。

優選地，所述步驟二具體為：

步驟201：實際探測時，對被探測介質進行二維平面掃描，獲得步進頻連續波掃描數據；