[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)后向投影的三維探地雷達(dá)量化成像方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210848575.3
• 申請(qǐng)日: 2022-07-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115201816A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡浩幫;董家修;馬鐸;王念念;方宏遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/88
• 分類號(hào): G01S13/88;G01S13/89
• 代理公司: 北京棘龍知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11740
• 代理人: 張德強(qiáng)

1.一種基于改進(jìn)后向投影的三維探地雷達(dá)量化成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)獲取測(cè)線區(qū)域內(nèi)的三維探地雷達(dá)的回波信號(hào)數(shù)據(jù)；

(2)對(duì)所述回波信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到三維數(shù)據(jù)矩陣，所述預(yù)處理包括去直達(dá)波和增益控制；

(3)分割所述三維數(shù)據(jù)矩陣為二維剖面數(shù)據(jù)，通過(guò)改進(jìn)后向投影成像對(duì)所述二維剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化成像；

(4)提取異常區(qū)域的單道波A-scan數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)所述單道波A-scan數(shù)據(jù)的幅值突變處，量化地下埋藏目標(biāo)體的幾何尺寸、水平位置及埋地深度；

所述步驟(3)中，分割所述三維數(shù)據(jù)矩陣為二維剖面數(shù)據(jù)，通過(guò)改進(jìn)后向投影成像對(duì)所述二維剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化成像，包括：

對(duì)應(yīng)所述三維探地雷達(dá)的多個(gè)通道，分割三維數(shù)據(jù)矩陣為二維剖面數(shù)據(jù)，分別對(duì)每一個(gè)二維剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行改進(jìn)后向投影成像；

通過(guò)埋地目標(biāo)反射信號(hào)傳播到各天線合成孔徑處的雙程走時(shí)進(jìn)行查找，遍歷整個(gè)探測(cè)區(qū)域，不斷重復(fù)算法的時(shí)延-求和運(yùn)算；將每個(gè)成像點(diǎn)所生成的數(shù)據(jù)矩陣中的每個(gè)通道的數(shù)據(jù)分別與其他各通道的數(shù)據(jù)作互相關(guān)處理，得到互相關(guān)系數(shù)均值，將互相關(guān)系數(shù)均值作為權(quán)值與矩陣數(shù)據(jù)的通道平均數(shù)據(jù)相乘，最后將相乘的結(jié)果進(jìn)行相加，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有數(shù)據(jù)的還原歸位；

將根據(jù)互相關(guān)系數(shù)均值改進(jìn)后向投影實(shí)現(xiàn)的二維剖面成像，按照原始采樣數(shù)據(jù)的相對(duì)位置進(jìn)行拼接合并，得到三維可視化成像結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)后向投影的三維探地雷達(dá)量化成像方法，其特征在于，所述回波信號(hào)數(shù)據(jù)為十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，對(duì)所述回波信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理包括：

提取所述回波信號(hào)數(shù)據(jù)，對(duì)所述回波信號(hào)數(shù)據(jù)執(zhí)行刪除空格和分割字符的操作，將所述回波信號(hào)數(shù)據(jù)重新排列，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)；

采用均值法去直達(dá)波，對(duì)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)后的回波信號(hào)的行數(shù)據(jù)求平均值，用轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)后的回波信號(hào)的行數(shù)據(jù)減去所述平均值；

生成指數(shù)增益函數(shù)，根據(jù)所述指數(shù)增益函數(shù)對(duì)去直達(dá)波后的回波信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)節(jié)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)后向投影的三維探地雷達(dá)量化成像方法，其特征在于，所述通過(guò)埋地目標(biāo)反射信號(hào)傳播到各天線合成孔徑處的雙程走時(shí)進(jìn)行查找，遍歷整個(gè)探測(cè)區(qū)域，不斷重復(fù)算法的時(shí)延-求和運(yùn)算包括：

若所述三維探地雷達(dá)的回波數(shù)據(jù)垂直采樣單元為M，合成孔徑數(shù)目為Np，對(duì)于所述回波數(shù)據(jù)中的每一個(gè)成像點(diǎn)首先進(jìn)行Np次的延時(shí)計(jì)算，然后根據(jù)雙程走時(shí)在每個(gè)單道波A-scan數(shù)據(jù)中追蹤到對(duì)應(yīng)數(shù)值，對(duì)所有的單道波A-scan數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)數(shù)值相加，每個(gè)成像點(diǎn)進(jìn)行Np-1次加法運(yùn)算。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于改進(jìn)后向投影的三維探地雷達(dá)量化成像方法，其特征在于，對(duì)所有的單道波A-scan數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)數(shù)值相加，每個(gè)成像點(diǎn)進(jìn)行Np-1次加法運(yùn)算包括：

根據(jù)成像點(diǎn)時(shí)延獲取單道波A-scan數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)，然后以所述回波信號(hào)為中心截取一段長(zhǎng)為L(zhǎng)+1的有效信號(hào)作為所述成像點(diǎn)的時(shí)延響應(yīng)信號(hào)；

在所述時(shí)延響應(yīng)信號(hào)處上下分別截取L/2個(gè)數(shù)據(jù)值，得到所述成像點(diǎn)的(L+1)N_p維的數(shù)據(jù)矩陣；

將每個(gè)成像點(diǎn)所生成的數(shù)據(jù)矩陣中的每道數(shù)據(jù)分別與其他各通道數(shù)據(jù)作互相關(guān)處理，將得到的互相關(guān)系數(shù)均值作為權(quán)值與矩陣數(shù)據(jù)的道平均數(shù)據(jù)相乘，將相乘的結(jié)果進(jìn)行相加。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于改進(jìn)后向投影的三維探地雷達(dá)量化成像方法，其特征在于，將每個(gè)成像點(diǎn)所生成的數(shù)據(jù)矩陣中的每道數(shù)據(jù)分別與其他各通道數(shù)據(jù)作互相關(guān)處理，將得到的互相關(guān)系數(shù)均值作為權(quán)值與矩陣數(shù)據(jù)的道平均數(shù)據(jù)相乘，將相乘的結(jié)果進(jìn)行相加包括：

所述每個(gè)成像點(diǎn)所生成的數(shù)據(jù)矩陣中的每道數(shù)據(jù)分別與其他各通道數(shù)據(jù)作互相關(guān)處理，得到一個(gè)N_p×N_p維的互相關(guān)系數(shù)矩陣：

其中，為第k道時(shí)延數(shù)據(jù)段與第N_p道時(shí)延數(shù)據(jù)段進(jìn)行互相關(guān)的系數(shù)；

若所述成像點(diǎn)在每道天線合成孔徑時(shí)延位置處回波數(shù)據(jù)幅值最高，則將求得的各通道數(shù)據(jù)的互相關(guān)系數(shù)均值與所述成像點(diǎn)在對(duì)應(yīng)的各通道A-scan數(shù)據(jù)時(shí)延位置處的響應(yīng)幅值進(jìn)行相乘，將相乘的結(jié)果進(jìn)行求和。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)后向投影的三維探地雷達(dá)量化成像方法，其特征在于，采用的互相關(guān)系數(shù)為pearson相關(guān)系數(shù)。