[發(fā)明專利]用于地下管線定位的加權(quán)二次相關(guān)后向投影成像算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010967164.7
• 申請(qǐng)日: 2020-09-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112198500B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李靜霞;陳鑫澎;范文龍;王冰潔;徐航;劉麗;衛(wèi)澍恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/06
• 分類號(hào): G01S13/06;G01S13/89;G01S7/02
• 代理公司: 太原晉科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 趙江艷

本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域和信號(hào)處理領(lǐng)域，公開(kāi)了一種用于地下管線定位的加權(quán)二次相關(guān)后向投影成像算法，包括以下步驟：S1、通過(guò)探測(cè)雷達(dá)測(cè)量成像區(qū)域，獲取成像區(qū)域的所有點(diǎn)分別到各個(gè)合成孔徑的散射響應(yīng)幅值向量；S2、計(jì)算成像區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)的皮爾遜加權(quán)系數(shù)；S3、計(jì)算成像區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)到各個(gè)合成孔徑位置的加權(quán)散射響應(yīng)幅值向量；S4、計(jì)算成像區(qū)域內(nèi)的各個(gè)點(diǎn)到各個(gè)合成孔徑位置二次相關(guān)散射響應(yīng)幅值向量S5、計(jì)算成像區(qū)域內(nèi)所有成像點(diǎn)的幅值，得到成像結(jié)果；本發(fā)明可以抑制雜波和虛假目標(biāo)等的干擾，提高對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)率，降低了操作人員的操作難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域和信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及一種用于地下管線定位的加權(quán)二次相關(guān)后向投影成像算法。

背景技術(shù)

城市道路地下管線是一個(gè)城市日常生活和發(fā)展中必不可少的重要基礎(chǔ)設(shè)施。近年來(lái)，由于管線管理不科學(xué)等原因，導(dǎo)致在施工中對(duì)地下管線錯(cuò)誤性地定位判斷，進(jìn)而造成停水、停電和通訊中斷等嚴(yán)重后果，甚至引發(fā)火災(zāi)、爆炸等重大事故。因此，城市道路地下管線的精準(zhǔn)定位格外重要。

探地雷達(dá)因具有測(cè)量精度高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用與地下探測(cè)中。探地雷達(dá)通常使用一維或二維回波來(lái)完成目標(biāo)識(shí)別，這種工作方式要求操作人員具備較高的專業(yè)技能和先驗(yàn)知識(shí)。此外，還存在處理速度慢、誤判和漏判率高等問(wèn)題。為了降低目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別的難度，探地雷達(dá)成像技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。在探地雷達(dá)成像領(lǐng)域中，常用成像算法有：后向投影(Back?projection，BP)，逆時(shí)偏移(Reverse?Time?Migration，RTM)，距離遷移(Range?Migration，RM)，衍射層析(Diffraction?Tomography，DT)。當(dāng)探測(cè)目標(biāo)位于多層介質(zhì)中時(shí)，BP算法會(huì)對(duì)電磁波在不同介質(zhì)表面發(fā)生的折射現(xiàn)象進(jìn)行精確補(bǔ)償，且該算法計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，易于工程處理，因此更具有實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。

BP算法基于延時(shí)-求和的思想，通過(guò)計(jì)算各通道沿傳播時(shí)延曲線的能量累加值，從而得到目標(biāo)區(qū)域的能量聚焦。然而經(jīng)典的BP算法抗噪聲雜波干擾抑制能力有限，且該算法會(huì)造成虛假目標(biāo)，從而引起目標(biāo)誤判等。對(duì)此Foo和Zetik等人提出了互相關(guān)的BP算法，使得噪聲干擾分量得到了一定程度的降低，但是此算法需要提供一個(gè)遠(yuǎn)離天線中心的參考信號(hào)，因此增加實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)復(fù)雜度和硬件成本。周琳等人借鑒了Lim等人在醫(yī)學(xué)成像上的延時(shí)-相乘-求和算法的思想，也提出了基于互相關(guān)的BP算法，該算法同F(xiàn)oo和Zetik等人提出的互相關(guān)的BP算法相比，無(wú)需額外引入?yún)⒖夹盘?hào)通道即可抑制噪聲雜波干擾。但是，該算法降低了弱散射目標(biāo)的能量，特別對(duì)多目標(biāo)成像時(shí)，目標(biāo)之間易出現(xiàn)疊影，造成虛假目標(biāo)現(xiàn)象。

綜上可以看出，利用探地雷達(dá)成像結(jié)果對(duì)地下管線等目標(biāo)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)盡可能的抑制雜波和虛假目標(biāo)等的干擾，以提高對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問(wèn)題為：提供一種用于地下管線定位的加權(quán)二次相關(guān)后向投影成像算法，以解決現(xiàn)有BP成像算法中雜波抑制能力有限和由算法帶來(lái)的虛假目標(biāo)的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種用于地下管線定位的加權(quán)二次相關(guān)后向投影成像算法，包括以下步驟：

S1、通過(guò)探測(cè)雷達(dá)測(cè)量成像區(qū)域，獲取成像區(qū)域的所有點(diǎn)分別到各個(gè)合成孔徑的散射響應(yīng)幅值向量；

S2、計(jì)算成像區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)的皮爾遜加權(quán)系數(shù)，計(jì)算公式為：

其中，Cov函數(shù)表示兩個(gè)向量的協(xié)方差，ρ_Ai表示成像區(qū)域內(nèi)的A點(diǎn)到第i個(gè)合成孔徑位置處的皮爾遜加權(quán)系數(shù)，x_Ai表示成像區(qū)域內(nèi)的A點(diǎn)到第i個(gè)合成孔徑位置處的延拓散射響應(yīng)幅值向量；x_AM/2表示A點(diǎn)的散射響應(yīng)幅值參考向量；

S3、計(jì)算成像區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)到各個(gè)合成孔徑位置的加權(quán)散射響應(yīng)幅值向量，計(jì)算公式為：