[發明專利]一種用于提高地質雷達信號分辨率的方法

有效

• 申請號: 201810868475.0
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN109283524B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 陳文超;王曉凱;師振盛;周艷輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S7/41
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

1.一種用于提高地質雷達信號分辨率的信號處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

S100、對多道A-scan信號進行一維傅里葉變換，并在A-scan信號的有效頻帶寬度內確定A-scan信號的基礎頻段和各拓頻頻段；

S200、計算A-scan信號各拓頻頻段的加權系數；

S300、對A-scan信號進行連續小波變換，得到對應的時間-尺度域小波變換系數；

S400、根據頻率和尺度的換算關系，對不同時間-尺度范圍內的小波變換系數乘以對應的加權系數；

S500、計算所述乘以對應的加權系數后小波變換系數對應的連續小波反變換，得到A-scan信號對應的高分辨率信號；

S600、對每個A-scan信號重復步驟S300-S500；

其中，步驟S200所述計算A-scan信號各拓頻頻段加權系數包括以下步驟：

S201、計算A-scan信號基礎頻段內頻譜的平均能量密度P，

其中，|F(ω)|為A-scan的平均振幅譜，ω₀表示基準頻率點，ω⁰表示基礎頻段的下界；

S202、按照步驟S201中的公式，依次計算A-scan信號高頻段的一次諧波段、二次諧波段，低頻段的一次次諧波段和二次次諧波段的平均能量密度P₁，P₂，P¹，P²；

S203、確定A-scan信號高頻段的一次諧波段、二次諧波段、低頻段的一次次諧波段和二次次諧波段的加權值分別為

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S100包括如下步驟：

S101、對多道A-scan信號進行一維傅里葉變換，然后計算對應傅里葉振幅譜的平均值，即為A-scan信號的平均振幅譜；

S102、基于對應的平均振幅譜選定A-scan信號的基準頻率點，根據基準頻率點確定基礎頻率段，然后在頻率軸上確定各拓頻頻段；

所述拓頻頻段包括：高頻段的一次、二次和高次諧波段，低頻段的一次次諧波、二次次諧波以及高次次諧波頻率段。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，計算步驟S300所述的連續小波變換的關系式如下：

式中，W(a,τ)表示小波變換系數，t表示時間，f(t)表示A-scan信號；τ為時移，τ屬于實數集，小波尺度因子a＞0；為小波函數的復共軛，對母小波函數ψ(t)經過伸縮a和時移τ得到

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S400所述的頻率和小波尺度因子的換算關系如下：

其中，a為小波尺度因子，ω為信號頻率，ω_b為母小波函數的頻率。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S500所述的連續小波反變換的關系式如下：

式中，為頻譜帶寬已擴展的A-scan信號時間-尺度分布，為重構的高分辨率A-scan信號。

6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述A-scan信號的基準頻率點ω₀選取為A-scan信號平均振幅譜的最大值對應的頻率值。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于：在A-scan信號的平均振幅譜上，向A-scan信號的基準頻率點的低頻段方向幅度下降約30％時對應的頻率定義為基礎頻率段的下界ω⁰。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于：在頻率軸上小于基礎頻段的頻率定義為低頻，高于基礎頻段的頻率定義為高頻，然后向高頻段隨著頻率升高依次確定一次諧波段(ω₀,ω₁)，二次諧波段(ω₁,ω₂)以及高次諧波段，向低頻段隨著頻率降低依次確定一次次諧波段(ω¹,ω⁰)，二次次諧波段(ω²,ω¹)。

9.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述L個A-scan信號平均振幅譜的計算公式為：

其中：F_l(ω),l＝1,2,…,L表示L個A-scan信號的傅里葉變換。