[發(fā)明專利]基于box樣條小波框架的探地雷達(dá)地下目標(biāo)定位方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710539003.6
• 申請(qǐng)日: 2017-07-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107329137B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬麗紅;秦瑤;任笑真
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/88
• 分類號(hào): G01S13/88;G01S7/41
• 代理公司: 鄭州睿信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 吳敏

本發(fā)明涉及一種基于box樣條小波框架的探地雷達(dá)地下目標(biāo)定位方法及系統(tǒng)。本發(fā)明首先獲取探地雷達(dá)的回波圖像數(shù)據(jù)，并去除該圖像中的直達(dá)波圖像，得到預(yù)處理后的探地雷達(dá)信號(hào)；然后對(duì)預(yù)處理后的探地雷達(dá)信號(hào)采用box樣條小波進(jìn)行分解，并對(duì)對(duì)分解結(jié)果進(jìn)行邊緣定位；擬合圖像的邊緣曲線，選取曲線導(dǎo)數(shù)為零的點(diǎn)作為雷達(dá)圖像的頂點(diǎn)；最后建立地下目標(biāo)曲線方程，在所述雷達(dá)圖像頂點(diǎn)的兩個(gè)分支上不對(duì)稱的選擇邊緣上的兩個(gè)點(diǎn)，利用三點(diǎn)擬合法擬合地下目標(biāo)曲線，從而實(shí)現(xiàn)地下目標(biāo)的定位。本發(fā)明的定位方法提升了目標(biāo)定位的精度，對(duì)于金屬管線和非金屬管線都可能存在的淺層探測(cè)而言，不易產(chǎn)生虛警；且算法簡(jiǎn)單，運(yùn)行時(shí)間短，提高了目標(biāo)定位的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于box樣條小波框架的探地雷達(dá)地下目標(biāo)定位方法及系統(tǒng)，屬于探地雷達(dá)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

探地雷達(dá)是近幾十年迅速發(fā)展起來(lái)的一種有效的淺層地下目標(biāo)探測(cè)技術(shù)，它是一種非破壞性探測(cè)手段，具有探測(cè)速度快、分辨率高、操作方便靈活、探測(cè)成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于地下目標(biāo)，如空洞、管道、地雷等的探測(cè)及定位。探地雷達(dá)探測(cè)的二維回波數(shù)據(jù)稱為B-Scan數(shù)據(jù)，它是后續(xù)雷達(dá)信號(hào)處理、目標(biāo)識(shí)別及解譯的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，探地雷達(dá)目標(biāo)定位技術(shù)也要基于B-Scan數(shù)據(jù)。對(duì)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)準(zhǔn)確定位影響最大的是探地雷達(dá)B-Scan數(shù)據(jù)中的“雜波”。探地雷達(dá)雜波可看作是除了目標(biāo)回波以外的各種回波，通常包括天線直達(dá)波、地表回波、地下非均勻介質(zhì)產(chǎn)生的回波、以及偽目標(biāo)所產(chǎn)生的回波等等。探地雷達(dá)雜波使得對(duì)地下目標(biāo)的準(zhǔn)確探測(cè)變得困難，尤其對(duì)于淺層埋地目標(biāo)，目標(biāo)回波與地表回波相比是較弱的成分，并且目標(biāo)回波與地表回波間的時(shí)延很小，目標(biāo)回波易被地表強(qiáng)回波這類雜波所淹沒(méi)。因此有效的抑制雜波方法是實(shí)現(xiàn)探地雷達(dá)目標(biāo)準(zhǔn)確定位的首要任務(wù)。

目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的定位方法主要是基于B-Scan圖像的雙曲線提取，根據(jù)提取到的雙曲線進(jìn)行速度估計(jì)。目前常用的地下目標(biāo)定位方法主要有以下四種：1、基于圖像分割和霍夫變換的方法，應(yīng)用在淺層探測(cè)管線的時(shí)候，不能有效區(qū)分較強(qiáng)的雜波和目標(biāo)回波，且算法的計(jì)算量較大；2、基于圖像分割和模板匹配的方法應(yīng)用在淺層探測(cè)管線時(shí)候，由于管徑的大小可能多變，從而對(duì)應(yīng)的模版也較多，導(dǎo)致算法運(yùn)算時(shí)間較長(zhǎng)；3、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)雙曲線的提取，需要較多的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，不易實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)；4、釆用模糊聚類的模式識(shí)別方法，算法需要大量的數(shù)據(jù)庫(kù)，容易產(chǎn)生虛警，且容易漏掉非金屬管線目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于box樣條小波框架的探地雷達(dá)地下目標(biāo)定位方法，以解決目前地下目標(biāo)定位方法存在計(jì)算量大、定位不夠準(zhǔn)確的問(wèn)題；本發(fā)明還提供了一種基于box樣條小波框架的探地雷達(dá)地下目標(biāo)定位系統(tǒng)。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而提供了一種基于box樣條小波框架的探地雷達(dá)地下目標(biāo)定位方法，該定位方法包括以下步驟：

1)獲取探地雷達(dá)的回波圖像數(shù)據(jù)，并去除該圖像中的直達(dá)波圖像，得到預(yù)處理后的探地雷達(dá)信號(hào)；

2)對(duì)預(yù)處理后的探地雷達(dá)信號(hào)采用box樣條小波進(jìn)行分解；

3)對(duì)分解結(jié)果進(jìn)行邊緣定位；

4)擬合圖像的邊緣曲線，選取曲線導(dǎo)數(shù)為零的點(diǎn)作為雷達(dá)圖像的頂點(diǎn)；

5)以雷達(dá)圖像頂點(diǎn)的水平坐標(biāo)作為目標(biāo)水平位置建立地下目標(biāo)曲線方程，在所述雷達(dá)圖像頂點(diǎn)的兩個(gè)分支上不對(duì)稱的選擇邊緣上的兩個(gè)點(diǎn)，利用三點(diǎn)擬合法擬合地下目標(biāo)曲線。

進(jìn)一步地，所述步驟1)是采用SVD主成份分析法對(duì)探地雷達(dá)的回波圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以得到雷達(dá)數(shù)據(jù)的至少兩個(gè)成分，去掉包含有直達(dá)波圖像的第一個(gè)成分，得到即為預(yù)處理后的探地雷達(dá)信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述步驟2)中的分解過(guò)程如下：

A.構(gòu)造基于box樣條的小波尺度函數(shù)，并在該尺度函數(shù)下得到14個(gè)緊的小波框架；

B.利用構(gòu)造小波尺度函數(shù)對(duì)預(yù)處理后的探地雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行分解：