一种表层穿透雷达成像方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达探测技术领域，特别是涉及一种表层穿透雷达成像方法及装置。
【背景技术】
[0002] 表层穿透雷达（surface penetrating radar，SPR)成像是指雷达发射电磁波穿透 一层或多层浅表介质，对目标进行观测并收集回波进行处理，以获取目标图像的技术。SPR 成像技术具有这样的特点：一是目标处于近场区；二是目标一般是静止目标；三是成像性 能受介质的影响。通常SPR成像技术可以分为两个步骤，一是回波数据的获取，即利用雷达 在某种扫描方式下获取具有特定分布的雷达回波数据；二是成像算法，即针对该回波数据 进行处理成像的具体方法。
[0003] 目前常见的SPR回波数据获取方法，大致可以分为A-scan、Β-scan和C-Scan三 类，即单点扫描、线扫描和面扫描，分别对应于回波数据呈单点、直线和平面分布。传统SPR 通常发射具有一定带宽的信号，如线性调频信号、步进频信号等，并通过匹配滤波或傅里叶 变换等方法得到距离向的高分辨率，从而A-scan可以得到单一距离像，B-scan可以得到距 离-方位二维像，C-scan可以得到距离-方位-方位三维像。
[0004] SPR的成像算法可以借鉴多种经典成像算法，如衍射层析（Diffraction Tomography，DT)，后向投影（Back Projection，BP)，逆时偏移（Reverse Time Migration， RTM)，距离偏移（Range Migration，RM)等算法来进行成像。然而当雷达发射的信号为连续 波时，其无法直接采用经典的成像算法对该回波数据进行处理成像，需要研宄专门的成像 方法。
[0005] 因此，提供一种利用雷达发射连续波信号穿透介质对目标进行检测，并对探测到 的回波信号进行处理实现高分辨二维成像的方法及装置是非常有必要的。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种表层穿透雷达成像方法及装置，目的在于解决现有技术 中无法直接采用经典的成像算法对连续波回波数据进行处理成像的问题。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种表层穿透雷达成像方法，该方法包括：
[0008] 获取表层穿透雷达对设定目标进行探测的时域回波数据，所述表层穿透雷达发射 的信号为连续波信号；
[0009] 将所述时域回波数据变换到频域，获得频域回波数据；
[0010] 通过所述设定目标的深度以及所述表层穿透雷达的参数计算得到频率因子；
[0011] 将所述频域回波数据与所述频率因子相乘，获得已处理数据；
[0012] 对所述已处理数据进行逆变换到时域，以生成所述设定目标的成像信息。
[0013] 可选地，所述通过所述设定目标的深度以及所述表层穿透雷达的参数计算得到频 率因子包括：
[0014] 通过所述设定目标的深度以及所述表层穿透雷达的参数，根据公式 ΗΚΛ,) = cxp{j/?^2-^-^；}计算得到所述频率因子。
[0015] 可选地，所述获取表层穿透雷达对设定目标进行探测的时域回波数据包括：
[0016] 表层穿透雷达在埋藏有所述设定目标的介质上方进行扫描获取时域回波数据，或 通过雷达阵列获取时域回波数据。
[0017] 可选地，所述表层穿透雷达进行扫描的方式为面扫描方式。
[0018] 可选地，所述将所述时域回波数据变换到频域，获得频域回波数据包括：
[0019] 对所述时域回波数据进行去载频处理；
[0020] 将去载频后的数据变换到频域，获得频域回波数据。
[0021] 本发明还提供了一种表层穿透雷达成像装置，该装置包括：
[0022] 获取模块，用于获取表层穿透雷达对设定目标进行探测的时域回波数据，所述表 层穿透雷达发射的信号为连续波信号；
[0023] 变换模块，用于将所述时域回波数据变换到频域，获得频域回波数据；
[0024] 计算模块，用于通过所述设定目标的深度以及所述表层穿透雷达的参数计算得到 频率因子；
[0025] 处理模块，用于将所述频域回波数据与所述频率因子相乘，获得已处理数据；
[0026] 成像模块，用于对所述已处理数据进行逆变换到时域，以生成所述设定目标的成 像信息。
[0027] 可选地，所述计算模块用于通过所述设定目标的深度以及所述表层穿透雷达的参 数计算得到频率因子包括：
[0028] 所述计算模块通过所述设定目标的深度以及所述表层穿透雷达的参数，根据公式 A(K) = expIjR^k2- kl -k^]计算得到所述频率因子。
[0029] 可选地，所述获取模块用于获取表层穿透雷达对设定目标进行探测的时域回波数 据包括：
[0030] 所述获取模块通过表层穿透雷达在埋藏有所述设定目标的介质上方进行扫描或 通过雷达阵列获取时域回波数据。
[0031] 可选地，所述表层穿透雷达进行扫描的方式为面扫描方式。
[0032] 可选地，还包括：
[0033] 去载频处理模块，用于在将所述时域回波数据变换到频域，获得频域回波数据之 前，对所述时域回波数据进行去载频处理。
[0034] 本发明所提供的表层穿透雷达成像方法及装置，通过将连续波表层穿透雷达获取 得到的时域回波数据变换到频域，将该频域回波数据与频率因子进行相乘，并对处理后的 数据进行逆变换，以生成设定目标的成像信息。本发明能够对连续波表层穿透雷达的回波 数据进行成像，解决了现有技术中无法直接采用传统成像算法如RM算法、BP算法等对该回 波数据进行处理成像的问题。
[0035] 进一步地，本发明所提供的成像方法及装置的成像平面与扫描平面平行，利于刻 画目标的几何形状，便于后续的目标分类和识别等处理。此外，本发明成像处理的过程简 单、速度快、适应性好。
【附图说明】
[0036] 图1为本发明所提供的表层穿透雷达成像方法的一种【具体实施方式】的流程图；
[0037] 图2为本发明所提供的表层穿透雷达成像方法的另一种【具体实施方式】的流程图；
[0038] 图3为本发明所提供的表层穿透雷达成像方法的又一种【具体实施方式】的流程图；
[0039] 图4为本发明所提供的表层穿透雷达成像方法中连续波SPR的扫描和录取回波示 意图；
[0040] 图5为采用本发明所提出的成像方法进行MATLAB仿真实验的结果对比图；
[0041] 图6为采用本发明所提出的成像方法进行实测实验的结果对比图；
[0042] 图7为本发明所提供的表层穿透雷达成像装置的一种【具体实施方式】的结构框图。
【具体实施方式】
[0043] 本发明的核心是提供一种对在近场条件下获得的连续波表层穿透雷达的回波数 据进行频域处理并实现高分辨率二维成像的方法及装置。
[0044] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和【具体实施方式】 对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提 下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045] 本发明所提供的表层穿透雷达成像方法的一种【具体实施方式】的流程图如图1所 示，该方法包括：
[0046] 步骤SlOl :获取表层穿透雷达对设定目标进行探测的时域回波数据，所述表层穿 透雷达发射的信号为连续波信号；
[0047] 步骤S102 :将所述时域回波数据变换到频域，获得频域回波数据；
[0048] 步骤S103 :通过所述设定目标的深度以及所述表层穿透雷达的参数计算得到频 率因子；
[0049] 步骤S104 :将所述频域回波数据与所述频率因子相乘，获得已处理数据；
[0050] 步骤S105 :对所述已处理数据进行逆变换到时域，以生成所述设定目标的成像信 息。
[0051] 本发明所提供的表层穿透雷达成像方法，通过将连续波表层穿透雷达获取得到的 时域回波数据变换到频域，将该频域回波数据与频率因子进行相乘，并对处理后的数据进 行逆变换，以生成设定目标的成像信息。本发明能够对连续波表层穿透雷达的回波数据进 行成像，解决了现有技术中无法直接采用传统成像算法如RM算法、BP算法等对该回波数据 进行处理成像的问题。
[0052] 进一步地，本发明所提供的成像方法的成像平面与扫描平面平行，利于刻画目标 的几何形状，便于后续的目标分类和识别等处理。此外，本发明成像处理的过程简单、速度 快、适应性好。
[0053] 本发明所提供的表层穿透雷达成像方法的另一种【具体实施方式】的流程图如图2 所示，与上一实施例相比，本实施例对获取回波数据的过程进行了具体限定，该方法包括：
[0054] 步骤S201 :表层穿透雷达在埋藏有所述设定目标的介质上方进行扫描获取时域 回波数据，或通过雷达阵列获取时域回波数据；其中，表层穿透雷达发射的信号为连续波信 号，回波数据为矩形分布的二维数据。
[0055] 回波数据可以具体通过扫描获取，也可以通过雷达阵列获取，前者是单个雷达通 过时间积累来获得，后者是多个雷达通过空间排列来获得，空时是等效的，录取到的回波也 是等效的。
[0056] 其中，所述表层穿透雷达进行扫描的方式为面扫描方式，扫描平面可以呈矩形分 布。而其他形状的二维分布相当于矩形平面乘以了一个二维加权函数或称二维形状函数， 或者说，相当于原来的矩形平面缺失了部分数据，例如圆形就相当于在正方形的基础上去 掉了四角。因此，同样可以选择其他形状的二维分布，这都不影响本发明的实现。
[0057] 步骤S202 :将所述时域回波数据变换到频域，获得频域回波数据；
[0058] 步骤S203 :通过所述设定目标的深度以及所述表层穿透雷达的参数计算得到频 率因子；
[0059] 步骤S204 :将所述频域回波数据与频率因子相乘，获得已处理数据；
[0060] 步骤S205 :对所述已处理数据进行逆变换到时域，以生成所述设定目标的成像信 息。
[0061] 本发明所提供的表层穿透雷达成像方