[發明專利]一種基于電磁聲雷達的地雷探測方法和系統

在審

• 申請號: 202210385759.0
• 申請日: 2022-04-13
• 公開（公告）號: CN114739234A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 蔡勇彬;葉焜;孫海信;洪少華
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: F41H11/136
• 分類號: F41H11/136;G01S15/04
• 代理公司: 廈門福貝知識產權代理事務所(普通合伙) 35235
• 代理人: 陳遠洋

本發明提出一種基于電磁聲雷達的地雷探測方法，包括以下步驟：S1，向探測目標區域持續發射超聲波，使探測目標物表面發生微振動；S2，向探測目標區域發射單頻電磁波，并接收回波信號；S3，分析回波信號，提取回波信號的頻譜特征，獲得特征數據；S4，應用所獲得的特征數據集訓練分類器模型；S5，應用訓練好的分類器模型探測目標區域的潛在目標。本發明還提出對應的系統。本發明利用超聲波激勵目標物表面，使回波信號攜帶了地雷的特征屬性，通過數據處理與特征分析，實現地雷探測。該方法降低了地雷探測的虛警率，提高了探雷種類的魯棒性以及探雷過程的安全性。

技術領域

本發明屬于地下埋藏物體探測技術領域，尤其涉及一種基于電磁聲雷達的地雷探測方法和系統。

背景技術

地雷主要被用作構成地雷場，以完成對敵人活動范圍的限制，甚至對敵人進行致命打擊和破壞其技術裝備。地雷的打擊目標不僅局限于士兵，其打擊更多的是具有重要戰略意義的目標如坦克、運輸車輛等。

排雷的前提是探雷，目前探雷技術主要包括低頻電磁感應探雷技術、聲學探雷技術、紅外成像探雷技術等，這些技術各有其優缺點和使用限制，存在可靠性差、虛警率較高和使用條件限制等問題。例如，當地雷的掩埋深度在距離地面幾十厘米甚至一兩米的位置時，傳統的紅外成像探測或者激光探測都無法實現探雷。又例如，傳統的鐵制地雷容易被金屬探測器探測識別，但隨著技術水平的不斷發展，出現了除金屬外的塑料、陶瓷等各種材質的地雷，它們可以輕松躲避探測器的識別。

發明內容

針對上述問題，本發明第一方面提出一種基于電磁聲雷達的地雷探測方法，包括以下步驟：

S1，向探測目標區域持續發射超聲波，使探測目標物表面發生微振動；

S2，向探測目標區域發射單頻電磁波，并接收回波信號；

S3，分析回波信號，提取回波信號的頻譜特征，獲得特征數據；

S4，應用所獲得的特征數據集訓練分類器模型；

S5，應用訓練好的分類器模型探測目標區域的潛在目標。

上述方案利用超聲波激勵目標物表面，使回波信號攜帶了地雷的特征屬性，通過數據處理與特征分析，實現地雷探測。該方法并不受地雷的材質限制，因此能夠適用于多種材質的地雷探測，并識別地雷種類。

進一步地，S3的頻譜特征包括多普勒頻移特征和幅度調制特征。

又進一步地，S3中根據下式提取回波信號的多普勒頻移特征：

其中，d_V為目標物表面微振動幅值，ω_V為振動的角頻率，ω_RF為單頻電磁波的角頻率，λ_RF為電磁波信號的波長。

優選地，S3中分析回波信號包括采用缺失信號附近信號的數值平均補充缺失信號。相對于采用回歸曲線擬合等補充空值的方法，取平均的方法能夠大大增加處理速度，同時保留數據特征。

優選地，S3中分析回波信號包括舍棄冗余數據，通過快速傅里葉變換獲得回波信號的頻譜圖。

優選地，S1超聲波的頻段為40kHz；S2單頻電磁波頻段為1GHz；S3還包括舍棄超聲波頻段的數據，以20-39kHz和41-60kHz頻段數據為特征數據。

進一步地，S4采用隨機森林算法訓練分類器模型，具體包括：

S41，通過Bootstrap方法，從特征數據中有重復地選出m個樣本；

S42，基于地雷的多特征樣本庫，對m個樣本建立分類器；

S43，重復執行n次S41-S42，獲得n個分類器；