专利名称：一种用于探地雷达成像的散射强度加权处理方法
技术领域：
本发明属于探地雷达成像技术领域，涉及一种用于探地雷达成像的散射强度加权处理方法。
背景技术：
探地雷达是一种有效的无损探测技术。它通过空域扫描向探测区域发射电磁波并接收散射回波，可实现对未知区域内部的成像处理，获得未知区域中的隐蔽目标参数，即目标分布信息和散射强度信息，有效应用于市政工程、考古、地雷探测、反恐等多种场合。探地雷达的空域扫描有沿线的一维扫描和在表面的二维扫描。一维扫描时，发射天线和接收天线分别以一定的间隔沿线移动。在每个位置处，发射天线向探测区域发射电磁波，接收天线接收探测区域的散射回波。然后移动发射天线和接收天线到下一个位置，又可以获得一道散射回波。通过在整个测线上移动发射天线和接收天线，便可以获得多道散射回波。发射天线和接收天线可以装配在一起同时移动，也可以分别移动。接收天线还可以选择为阵列天线的形式。这些配置方式分别对应于探地雷达应用中不同的扫描方式。本专利适用于各种探地雷达天线一维沿线扫描方式下的散射强度加权处理。探地雷达成像的目的便是从这多道散射回波，即原始记录剖面中恢复出地下区域的散射强度分布信息，即成像结果。一维扫描可以获得二维成像结果，其中一维为横向扫描维，另一维为深度维。本专利针对一维扫描下探地雷达成像中的散射强度加权处理。设一维测线沿地表布置，测线方向设为X方向， 测线范围为[A，B]，该测线上共有L个测点，坐标分别为Xi，i = 1，L，L。发射天线和接收天线装配在一起同时移动。在测点Xi处，发射天线向探测区域发射电磁波，接收天线接收地下探测区域的散射回波，该点处的一维散射回波记为Si (t) = [Si(t0)L Si(tk)L Si(V1)]1, 其中K表示时间维采样点数，上标T表示转置。其采样时窗为W = tH-、。则整个记录剖面数据 E0 (x, t)可表示为 E0 (x, t) = [Sl (t) L Si (t) L Sl (t)]，即 (x，t)为一个二维矩阵，其尺寸为KXL。成像处理前，需设定成像区域并预知探测区域的背景媒质的电磁参数。对于下视探地雷达系统而言，成像区域的横向维矢量的取值区间一般取为原始扫描的测线范围。对于前视或斜前视的探地雷达系统而言，该取值区间需要根据具体的探测场景加以确定，此处统一记为[ha，hb]。深度维矢量需根据探地雷达的探测深度进行选取，与时窗W有关，记为[ga，gb]。设定成像区域后，需要对该成像区域进行二维离散化处理，将该区域分别沿深度维和横向维等间隔地划分为1^和Lx个网格，则整个成像区域划分为LzXLxA网格。成像的目的便是获得该LzXLx个网格处的散射强度值，即0(zm，xn)m= 1,L, Lz ；η = 1, L, Lx。探地雷达的成像方法有多种，基于“延时-累加”处理的后向投影成像算法适用于非等间距采样下对复杂有耗媒质中点散射型目标的成像处理，广泛应用于探地雷达信号处理中。成像处理前需要对原始数据进行均衡、解振荡、去直达波、零点校正等预处理，设预处理后的记录剖面数据SE1(^t) = [s' i(t)L s' i(t)L s' Jt)]，仍为L列。对成像区域中的每一网格位置(zm，xn)，根据探测扫描场景计算各测点Xi处对应的电磁波双程传播时延Tm^，然后提取该测点处的一维回波信号S' i(t)在时刻Tnbmi处的值Ckmi，从而生成一维信号Wm,n= [QfflinajLjq^n, J0传统的成像方法是将该一维信号求和作为网格(Zm，
Xn)处的成像结果，即(zffl, Xn)处的散射强度为=。遍历成像区域中所有的
I=I
网格，分别计算各点的散射强度0(zm，xn)即可获得整个成像区域的成像结果0(zm，xn)m = 1，L Lz ；η = 1，L Lx0 传统的“延时-累加”成像方法直接将成像网格处对应的时延曲线上的散射数据进行求和处理作为该网格处的成像结果，并没有充分利用各时延曲线上散射数据的统计特征，没有对各时延曲线上的散射数据进行不同的加权处理。因此，传统方法的成像结果分辨
率差，旁瓣干扰大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种用于探地雷达成像的散射强度加权处理方法，该用于探地雷达成像的散射强度加权处理方法能提高探地雷达的成像质量。本发明的技术解决方案如下一种用于探地雷达成像的散射强度加权处理方法，所述的用于探地雷达成像的散射强度加权处理方法包括以下步骤步骤1 提取散射数据提取成像区域中某网格(zm，xn)对应的时延曲线处的散射数据，即wm,n= [Qnuna, L，qffl,n,L]，m和η分别为成像区域中深度维网格下标和横向维网格下标，zffl, Xn分别表示纵向和横线的网格序号，L指接收阵列天线中阵元的数量；步骤2 基于加权因子获取成像结果遍历成像区域中所有的网格，分别计算各网格(zm，xn)处的加权因子α (zffl,xn)和各网格(Ζω，χη)处对应的时延曲线处散射数据之和，进而获得整个成像区域的成像
I=I
L
结果“^^， ^^，^^刀礼力，其中m = 1，L，Lz ；η = 1，L，Lx ;LZ和Lx分别为深度维和
I=I
横向维的成像网格的数目。Lz和Lx是根据探地雷达的有效探测深度和天线的有效覆盖范围确定的。加权因子α (zffl, xn)的计算方法为以下两种方法中的任意一种方法
X S = O方法 1: =
mx , Λ，其中Hi1和s分别为成像点(zm，xn)对应的时延曲线处的
散射回波的均值和标准差，计算公式为，
权利要求
1. 一种用于探地雷达成像的散射强度加权处理方法，包括以下步骤 步骤1 提取散射数据提取成像区域中某网格(Zm，Xn)对应的时延曲线处的散射数据，即
2.根据权利要求1所述的用于探地雷达成像的散射强度加权处理方法，其特征在于， 加权因子α (zffl, xn)的计算方法为以下两种方法中的任意一种方法 方法
全文摘要
本发明公开了一种用于探地雷达成像的散射强度加权处理方法，包括以下步骤步骤1提取散射数据提取成像区域中某网格(zm，xn)对应的时延曲线处的散射数据，即wm，n＝[qm，n，1，L，qm，n，L]，步骤2基于加权因子获取成像结果遍历成像区域中所有的网格，分别计算各网格(zm，xn)处的加权因子α(zm，xn)和各网格对应的时延曲线处散射数据之和进而获得整个成像区域的成像结果其中m＝1，L，Lz；n＝1，L，Lx。该用于探地雷达成像的散射强度加权处理方法能提高探地雷达的成像质量。
文档编号G01S13/89GK102253371SQ20111009701
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者雷文太 申请人:中南大学