[發明專利]基于波場互相關的探地雷達三維成像方法

在審

• 申請號: 202110745399.6
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113534140A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 楊小鵬;楊忠委;蘭天;劉泉華;曾濤
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;北京理工大學重慶創新中心
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S13/89
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 袁瑞霞

1.一種基于波場互相關的探地雷達三維成像方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，將探地雷達系統C掃描回波數據在俯仰方位時間維作三維傅里葉變換，得到三維傅里葉變換后的探地雷達掃描回波；

根據成像場景先驗信息，計算探地雷達數據采集平面中心點處收發天線分層介質格林函數并共軛相乘，得到共軛相乘結果，然后對共軛相乘結果在俯仰、方位維作傅里葉變換，得到二維傅里葉變換后的共軛相乘結果；

步驟2，將探地雷達發射信號頻譜、所述三維傅里葉變換后的探地雷達掃描回波以及所述二維傅里葉變換后的共軛相乘結果相乘，得到三者相乘結果；

將所述三者相乘結果作俯仰以及方位逆傅里葉變換得到各單頻點的三維復圖像；

將各單頻點的三維復圖像相參累加得到最終成像結果。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1中，所述探地雷達系統采用共中心模式采集回波數據，通過沿俯仰方位步進移動收發天線對得到成像場景C掃描回波數據R([x,y,z＝0],t)，其中[x,y,z＝0]表示收發天線對中點坐標，t表示時間；當探地雷達系統為頻率步進體制，則接收信號為R([x,y,z＝0],ω)，ω表示角頻率。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟1中，對采集得到的C掃描回波數據R([x,y,z＝0],t)在俯仰方位時間維作三維傅里葉變換的具體方式為：

其中為采集C掃描回波數據俯仰方位時間維作三維傅里葉變換的結果。

4.如權利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述步驟1中，所述分層介質格林函數為G(r,r₀,ω)，其中r＝(x,y,z)為三維成像場景的坐標，r₀＝(x₀,y₀,z＝0)為探地雷達數據采集平面中心點坐標；

利用分層介質格林函數的平移不變性，r_s＝(x_s,y_s,z＝0)位置處的格林函數分布為G(r,r_s,ω)＝G(r-r_s,r₀,ω)；將收發天線位置分層介質格林函數共軛相乘的表達式為：

M(r,r₀,ω)＝G(r,r₀,ω)G^*(r+r_d,r₀,ω)

其中*表示復共軛，r_d表示收發天線對間距；

將M(r,r₀,ω)作俯仰方位二維傅里葉變換的表達式為：

其中為收發天線位置分層介質格林函數共軛相乘后作二維傅里葉變換結果。

5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟2中，探地雷達數據采集中心位置處分層介質格林函數共軛相乘結果與作三維傅里葉變換后的探地雷達掃描回波、發射波形頻譜三者相乘的表達式為：

其中S(ω)為探地雷達發射信號s(t)的頻譜，B([k_x,k_y,z],ω)為三維復圖像作俯仰方位傅里葉變化結果。

6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，對B([k_x,k_y,z],ω)作俯仰方位逆傅里葉變換，得到地下場景各頻點三維復圖像，所述表達式為：

其中為地下場景各頻點的三維復圖像。

7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，各頻點復圖像相參累加得到最終成像結果的表達式為：

其中，I(x,y,z)為最終地下場景三維成像結果。

8.如權利要求1-7任意一項所述的方法，其特征在于，所述步驟1中，采用非均勻傅里葉變換將回波數據變換到均勻波數域，然后再進行三維傅里葉變換。