[發(fā)明專利]多層介質(zhì)的探地雷達并發(fā)后向投影成像方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310583118.0
• 申請日: 2023-05-22
• 公開（公告）號: CN116626681A
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任強;王成浩;馮溫雅;王民江;程星;雷文太;王義為
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電波傳播研究所（中國電子科技集團公司第二十二研究所）;中南大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/41
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 曾志鵬

本發(fā)明提供了一種多層介質(zhì)的探地雷達并發(fā)后向投影成像方法及裝置，方法包括：根據(jù)探測區(qū)域設(shè)定成像區(qū)域并進行離散化獲得三維成像矩陣，根據(jù)探測區(qū)域介質(zhì)分布，將三維成像矩陣劃分為與探測區(qū)域介質(zhì)層數(shù)相等的多個子成像矩陣；根據(jù)探測區(qū)域介質(zhì)層數(shù)創(chuàng)建線程池，線程池的核心線程數(shù)與最大線程數(shù)與探測區(qū)域介質(zhì)層數(shù)相等；通過線程池中各線程根據(jù)探地雷達的回波數(shù)據(jù)并發(fā)對對應的子成像矩陣進行后向投影成像運算，獲取各子成像矩陣中各成像單元的成像值；對三維成像矩陣進行歸一化并成像，獲得并發(fā)后向投影成像結(jié)果。通過以上方式，本發(fā)明能夠降低了傳統(tǒng)后向投影成像算法中在多層介質(zhì)背景下電磁波傳播路徑的計算復雜度，大幅縮短三維成像的計算時間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于探地雷達成像技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及到一種多層介質(zhì)的探地雷達并發(fā)后向投影成像方法及裝置。

背景技術(shù)

探地雷達(Ground?Penetrating?Radar，GPR)是一種利用天線發(fā)射和接收高頻電磁波來探測地下空間物質(zhì)特性和分布的設(shè)備，電磁波在傳播過程中遇到與背景介質(zhì)電磁性質(zhì)不同的物體或結(jié)構(gòu)時會發(fā)生散射與折射。根據(jù)這一特性，探地雷達通過對回波數(shù)據(jù)分析能夠有效估計地下目標的空間位置、幾何結(jié)構(gòu)以及物質(zhì)特性等關(guān)鍵參數(shù)，實現(xiàn)對地下目標體的無損探測。在建筑工地中，GPR可以用來探測墻體結(jié)構(gòu)，檢測混凝土中的裂縫、空洞等缺陷，以及確認管線和電纜線的位置，進而避免和減少對地下設(shè)施的損害。在考古探測中，GPR可以用來探測埋藏在地下的文物和古跡。在地質(zhì)勘探和礦山開采中，可以用GPR探測礦體、地層和巖石構(gòu)造，幫助勘探者更好地了解地下情況，提高礦山探測精度。GPR還可以用于地下水探測、公路橋梁檢測、冰川探測等領(lǐng)域，具有廣泛的應用前景。

在探地雷達數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域，基于“時延-求和”的后向投影方法由于其對復雜、多層介質(zhì)中點散射目標的成像處理的有效性，被廣泛應用于探地雷達信號處理中。現(xiàn)有技術(shù)中，探地雷達在多層介質(zhì)下的后向投影成像時，需要遍歷成像區(qū)域，對所有成像單元進行迭代求解獲得成像值，對每一成像單元的成像值的求解時，又需要遍歷各孔徑點計算電磁波在孔徑點與成像單元之間的傳播路徑。

現(xiàn)假設(shè)孔徑點距離地面0m，測線維度坐標為C₀，成像單元位于第n層介質(zhì)中，測線維度坐標為C_n，第i層介質(zhì)的相對介電常數(shù)為ε_i，厚度為電磁波傳播路徑與第i層介質(zhì)上表面的交點為C_i-1，與第i層介質(zhì)下表面交點為C_i，設(shè)電磁波傳播路徑與第一層介質(zhì)下表面交點C₁為未知數(shù)x，則基于斯涅耳(Snell)定律，可得：

解得x后，根據(jù)Snell定律，可依次求解電磁波傳播路徑同各介質(zhì)分界面交點的測線維度坐標，進而可求得電磁波傳播路徑與時延。根據(jù)計算得出的時延值提取各孔徑點A-scan回波數(shù)據(jù)對應的信號幅值，將所獲得的所有信號幅值組合為該成像單元的一維成像信號序列，序列的和即為該成像單元的成像值。遍歷成像區(qū)域，對成像區(qū)域中的所有成像單元進行成像運算，然后進行歸一化獲得后向投影成像結(jié)果。

可見，現(xiàn)有技術(shù)中對探地雷達在多層介質(zhì)下的后向投影成像運算時，存在成像質(zhì)量差、計算時間長的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種多層介質(zhì)的探地雷達并發(fā)后向投影成像方法及裝置，解決對探地雷達在多層介質(zhì)下的后向投影成像運算存在成像質(zhì)量差、計算時間長的的問題。

基于上述目的，本發(fā)明提出一種多層介質(zhì)的探地雷達并發(fā)后向投影成像方法，包括：根據(jù)探測區(qū)域設(shè)定成像區(qū)域并進行離散化獲得三維成像矩陣，根據(jù)探測區(qū)域介質(zhì)分布，將所述三維成像矩陣劃分為與探測區(qū)域介質(zhì)層數(shù)相等的多個子成像矩陣，一個子成像矩陣對應一層介質(zhì)；根據(jù)探測區(qū)域介質(zhì)層數(shù)創(chuàng)建線程池，所述線程池的核心線程數(shù)與最大線程數(shù)與探測區(qū)域介質(zhì)層數(shù)相等；通過所述線程池中各線程根據(jù)探地雷達的回波數(shù)據(jù)并發(fā)對對應的子成像矩陣進行后向投影成像運算，獲取各所述子成像矩陣中各成像單元的成像值；對所述三維成像矩陣進行歸一化并成像，獲得并發(fā)后向投影成像結(jié)果。