[發明專利]一種基于互相關的探地雷達后向投影快速成像方法

有效

• 申請號: 202110100472.4
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112904334B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 蔡繼亮;彭鵬;宋濤;王童
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S13/89
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 陳巍

1.一種基于互相關的探地雷達后向投影快速成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、收集在地面上方測量線上的回波數據S_l(t)；

S2、根據回波數據,建立計算時間延遲的矩陣；

S3、從回波信號S_l(t)中去除地面直達波，設得到的信號為S′_l(t)；

S4、從所述得到的信號S′_l(t)中均勻的選取部分接收位置的回波數據，設選取到的數據為{S″_l(t),i＝1,2,...,L′},其中，L′為從選取到的接收位置回波數據總數，采用基于互相關的后向投影算法，使用選中的數據集S″_l(t)進行成像，記為I_A(X,Z)；

S5、將互相關后向投影所成的圖像I_A(X,Z)進行歸一化處理,得到圖像I′_A(X,Z)；

S6、將圖像I′_A(X,Z)采用最大類間方差法進行二值分割，得到圖像

S7、對所有可能的目標像素(x,z)，使得則該像素被認為是可能的目標像素，使用全部數據集數據S(n,t)進行成像；對于非目標像素，的像素，不進行成像；最終成像結果為：

所述S2中建立計算時間延遲矩陣的方法為：

S2.1、根據天線的位置，計算所述天線到指定像素之間在地面的折射點，所述折射點的計算公式為：

其中：(x₀,z₀)為成像區域的坐標點，(x_k,-h)為天線的位置坐標，(x₁,0)為(x₀,z₀)與天線(x_k,-h)之間連接的直線與地面的交點的坐標，ε_r為地面的相對介電常數，(x_r,0)為地面折射點的坐標；

S2.2、計算像素點到天線之間的時間延遲：

其中：τ_A,k為電磁波從第k個天線位置(x_k,-h)經地面折射點到成像區域點A(x₀,z₀)傳播時間，c為真空中電磁波的傳播速度；

遍歷所有的收發天線位置和目標區域像素點，構造時間延遲矩陣τ：

其中,Δx,Δz分別表示成像區域相鄰像素在x方向和z方向的距離；N₁,N₂分別表示成像區域在x方向和z方向的像素個數；m,n分別表示矩陣的第m行和第n列；

所述S4中互相關的后向投影的計算方法為：

S4.1、從所述時間延遲字典矩陣中找出從第k個發射天線到目標像素點A(x,z)，再到第k個接收天線的雙程時延τ_A,k：

t＝|x_t-x|/Δx,r＝|x_r-x|/Δx,j＝|z|/Δz

其中，t表示發射天線位置相對于目標點A在x方向上的像素單元數；r表示接收天線位置相對于目標點A在x方向上的像素單元數；j表示發射接收天線位置相對于目標點A在z方向上的像素單元數；

S4.2、根據所選天線數據的位置l，從所述位置l處的接收數據S_l″(t)序列找到目標像素點A(x,z)對應的測量數據u_A,l：

S4.3、根據所述測量數據和互相關后向投影算法，計算所選點的像素值：

S4.4、遍歷成像區域中的每一個像素點(x,y)，重復所述步驟S4.1、S4.2、S4.3，得到最終的圖像I_A(X,Z)。

2.根據權利要求1所述的基于互相關的探地雷達后向投影快速成像方法，其特征在于，所述步驟S1包括：

S1.1、所述測量線與地面平行，收發天線完成一次測量，獲取回波后，在測量線上均勻移動到下一個測量位置，直到收集所有回波數據；

S1.2、探地雷達依次在所述測量線各個位置進行實孔徑探測，約定發射信號為超寬帶脈沖信號，則在所述測量線上各個位置接收到的回波數據分別表示為{S_l(t),l＝1,2,...,L}，其中，L為探地雷達收發天線的總個數。