[發明專利]一種全息穿透成像雷達極坐標數據處理方法

有效

• 申請號: 201811545809.7
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109557541B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 黃春琳;宋曉驥;粟毅;何志華;劉濤;金光虎;周凱
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 長沙中科啟明知識產權代理事務所(普通合伙) 43226
• 代理人: 任合明

本發明提出一種全息穿透成像雷達極坐標數據處理方法。技術方案是：將待探測區域按照極坐標系劃分，在每個坐標點處利用全息穿透成像雷達發射信號并采集回波數據；對回波數據進行空間域濾波處理；對空間域濾波后的回波數據進行傅里葉變換處理；對傅里葉變換結果沿半徑方向和角度方向分別進行積分處理得到空間波數譜；對空間波數譜進行濾波和逆傅里葉變換處理得到成像結果。本發明計算量小，后續的成像精度高。

技術領域

本發明涉及雷達探測技術領域，特別涉及一種全息穿透成像雷達極坐標數據處理方法。

背景技術

全息成像是一種利用二維平面上采集到的相干回波數據來生成目標圖像的技術手段。對埋藏在介質中的目標實施全息成像、進而實現目標探測的雷達稱為HPIR(Holographic Penetrating Imaging Radar,全息穿透成像雷達)。HPIR在二維平面網格上移動，在每個格點發射相干電磁波，穿透介質對埋藏的目標進行探測。目標反射的回波被采集、量化和存儲，然后通過算法進行處理，從而重建目標圖像。HPIR成像技術使獲取的信息變得更加直觀，降低了判讀的難度，有利于對埋藏目標的檢測和識別，從而提升HPIR的探測性能，擴大了其應用范圍，具有廣闊應用前景。

實現HPIR成像，主要包括兩個步驟：一是采集回波數據，即按照一定的規則和坐標系在待探測區域內劃分出采樣點，在劃分的每個采樣點處利用HPIR發射信號，并接收回波，從而獲取具有一定空間位置關系的雷達回波數據；二是成像處理，即將上述采集到的雷達回波數據，采用合適的成像算法形成目標圖像。傳統的HPIR成像技術通常是針對直角坐標系下采集的、呈矩形均勻分布的回波數據，采用的成像算法包括后向投影(BackProjection，BP)，逆時偏移(Reverse Time Migration，RTM)，距離偏移(Range Migration，RM)等。

然而在一些應用中，由于場地條件或者特殊的應用需求，HPIR獲取的數據并不滿足矩形均勻分布的要求，例如文獻“Shiping Zhu,Jian Wang,Yi Su,et al.A circularsurvey for 3D Ground Penetrating Radar to map hidden cylinders[C].Proceedingsof 7th International Workshop on Advanced Ground Penetrating Radar”回波數據獲取是在極坐標下進行的。現有處理極坐標下采集的數據的方法通常是利用插值，將極坐標下采集到的數據插值為直角坐標下的數據，然后利用傳統的成像算法進行處理。然而上述插值過程不可避免的會引入誤差，這對成像結果的精確性造成了嚴重影響。此外，插值本身的計算量也很大，從最簡單的臨近點插值算法，線性插值，再到較復雜的三次樣條插值，雖然插值效果有所改進，但插值過程所需要的時間也成倍的增長，難以滿足HPIR探測的實時性要求。因此需要針對極坐標下采集的數據提出專門的、高效的成像算法。

發明內容

本發明的目的在于提出一種全息穿透成像雷達極坐標數據處理方法，這種方法計算量小，后續的成像精度高。

本發明技術方案是：

將待探測區域按照極坐標系劃分，在每個坐標點處利用HPIR發射信號并采集回波數據。采集數據過程中半徑方向和角度方向分別等間隔采樣，本發明稱該采集方式為極坐標采樣。設r表示半徑方向，θ表示角度方向，半徑方向的采樣間隔為Δr，共獲得M個均勻采樣點；角度方向的采樣間隔Δθ，共獲得N個均勻采樣點，采樣間隔的取值由HPIR的參數決定，因此，回波數據是一個M×N的矩陣，下面為了表述方便，將回波數據記為s(r,θ)。

包括以下步驟：利用HPIR對待探測區域進行極坐標采樣獲取回波數據；對回波數據進行空間域濾波處理；對空間域濾波后的回波數據進行傅里葉變換處理；對傅里葉變換結果沿半徑方向和角度方向分別進行積分處理得到空間波數譜；對空間波數譜進行匹配濾波和逆傅里葉變換處理得到成像結果。