[發明專利]一種基于改進后向投影的三維探地雷達量化成像方法

在審

• 申請號: 202210848575.3
• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN115201816A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 胡浩幫;董家修;馬鐸;王念念;方宏遠
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S13/89
• 代理公司: 北京棘龍知識產權代理有限公司 11740
• 代理人: 張德強

本發明公開了一種基于改進后向投影的三維探地雷達量化成像方法，涉及探地雷達成像技術領域。該方法包括以下步驟：獲取測線區域內的三維探地雷達的回波信號數據；對所述回波信號數據進行預處理，得到三維數據矩陣，所述預處理包括去直達波和增益控制；分割所述三維數據矩陣為二維剖面數據，通過改進后向投影成像對所述二維剖面數據進行可視化成像；提取異常區域的單道波A?scan數據，對應所述單道波A?scan數據的幅值突變處，量化地下埋藏目標體的幾何尺寸、水平位置及埋地深度。本發明有效地改善了工程實際中直接判讀目標回波數據的誤判問題，實現了地下目標的可視化，使辨別地下目標變得較為簡單，為后續相關工作人員的決策提供技術支持。

技術領域

本發明涉及探地雷達成像技術領域，特別涉及一種基于改進后向投影的三維探地雷達量化成像方法。

背景技術

探地雷達是一種重要的電磁無損探測技術，可以準確快速對淺層地表成像，獲取埋地物體的空間與幾何信息，在管線普查、公路隱蔽病害檢測等物探應用中扮演著重要角色。但由于在進行探地雷達信息解釋時，目標體處在地下復雜未知的環境中，存在各種噪聲源的不利影響。由于地下介質的復雜性，對探地雷達探測采集的目標回波數據直接觀察非常困難，且容易出現誤判，需數據預處理之后上傳至上位機經成像處理進行可視化顯示。

GPR回波信號中對地下目標的探測多呈現雙曲線形狀，這是由于GPR記錄的回波信號是以收發天線所在測線位置和電磁波從發射到接受的雙程走時共同決定的，而真實的目標位于雙曲線的頂點位置，當地下目標變得復雜且數量較多時，單純的從B-scan數據灰度圖中辨別地下目標較為困難和繁瑣。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種基于改進后向投影的三維探地雷達量化成像方法，以解決當地下目標變得復雜且數量較多時，單純的從B-scan數據灰度圖中辨別地下目標較為困難和繁瑣的問題。

本發明提供了一種基于改進后向投影的三維探地雷達量化成像方法，包括以下步驟：

(1)獲取測線區域內的三維探地雷達的回波信號數據；

(2)對所述回波信號數據進行預處理，得到三維數據矩陣，所述預處理包括去直達波和增益控制；

(3)分割所述三維數據矩陣為二維剖面數據，通過改進后向投影成像對所述二維剖面數據進行可視化成像；

(4)提取異常區域的單道波A-scan數據，對應所述單道波A-scan數據的幅值突變處，量化地下埋藏目標體的幾何尺寸、水平位置及埋地深度；

所述步驟(3)中，分割所述三維數據矩陣為二維剖面數據，通過改進后向投影成像對所述二維剖面數據進行可視化成像，包括：

對應所述三維探地雷達的多個通道，分割三維數據矩陣為二維剖面數據，分別對每一個二維剖面數據進行改進后向投影成像；

通過埋地目標反射信號傳播到各天線合成孔徑處的雙程走時進行查找，遍歷整個探測區域，不斷重復算法的時延-求和運算；將每個成像點所生成的數據矩陣中的每個通道的數據分別與其他各通道的數據作互相關處理，得到互相關系數均值，將互相關系數均值作為權值與矩陣數據的通道平均數據相乘，最后將相乘的結果進行相加，以實現對所有數據的還原歸位；

將根據互相關系數均值改進后向投影實現的二維剖面成像，按照原始采樣數據的相對位置進行拼接合并，得到三維可視化成像結果。

可選的，所述回波信號數據為十六進制數據，對所述回波信號數據進行預處理包括：

提取所述回波信號數據，對所述回波信號數據執行刪除空格和分割字符的操作，將所述回波信號數據重新排列，轉換為十進制數據；

采用均值法去直達波，對轉換為十進制數據后的回波信號的行數據求平均值，用轉換為十進制數據后的回波信號的行數據減去所述平均值；