一种探地雷达加窗距离偏移成像方法
【专利摘要】本发明公开了一种探地雷达加窗距离偏移成像方法，先对原始雷达记录剖面进行预处理，逐列进行加窗和一维傅里叶变换。窗函数的中心点根据各列绝对值最大值所在的时间采样点而定；再进行空间维的加窗和一维傅里叶变换。窗函数的中心点根据各列能量值最大值所在的空间采样点而定；最后进行谱域填充和二维逆傅里叶变换，得到二维成像结果。该探地雷达加窗距离偏移成像方法能提高成像质量。
【专利说明】ー种探地雷达加窗距离偏移成像方法
【技术领域】
[0001]本发明属于探地雷达成像【技术领域】，涉及ー种探地雷达加窗距离偏移成像方法。【背景技术】
[0002]探地雷达是ー种有效的无损探測技木。它通过空域扫描向探測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參数，即目标分布信息和散射強度信息，有效应用于市政工程、考古、地雷探測、反恐等多种场合。探地雷达的空域扫描有沿线的ー维扫描和在表面的ニ维扫描。ー维扫描时，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，发射天线向探測区域发射电磁波，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ー个位置，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等间距扫描方式下的成像方法。探地雷达成像的目的是从多道散射回波(即原始记录剖面)中恢复出地下区域的散射強度分布信息，即成像結果。ー维扫描可以获得ニ维成像结果，其中ー维为横向扫描维，另ー维为纵向深度維。本专利针对ー维扫描下的探地雷达数据进行加窗距离偏移成像。设ー维测线沿地表布置，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X1=I ? Ax, 1=0，…，L-1,Ax表示空间采样间隔，SP:空间维采样矢量为。发射天线和接收天线装配在一起同时移动。在测点X1 处,发射天线向探测区域发射电磁波,接收天线接收地下探測区域的散射回波，该点处的一维散射回波记为S1 (t) = [&(、)--? S1 (セ,)…S1Uih)]'其中K表示时间维采样点数,上标T表示转置。时间维采样矢量为？=[ら，Z11，…V--人—I]，其中tk=k ? At, k=0, K-l, A t表示时间采样间_,则探地雷达的采样时窗为W=V1-V贝丨J整个记录剖面数据 Etl (X, t)可表示为 Etl (X, O = Iis1 (!:)--? sjt) "-sJt)],即 Etl (X, t)为ー个ニ维矩阵，其尺寸为KXL，纵向维为时间维，横向维为空间维。成像的目的便是通过探地雷达记录剖面数据EtlU, t)获得整个探测区域的散射強度值。
[0003]探地雷达的成像方法有多种，距离偏移成像算法适用于等间距采样下对均匀背景介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【參考文献:雷文太.脉冲GPR高分辨成像算法研究.国防科学技术大学，博士学位论文，2006】。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【參考文献Jol H M主編.雷文太，童孝忠，周旸译.探地雷达理论与应用.北京:电子エ业出版社，2011】，设预处理后的记录剖面数据为E1U, tXs' Jt)…s' Jt)…s' Jt)],仍为L列。此外,成像处理前，需设定成像区域并预知探測区域中电磁波传播的波速。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，此处统ー记为[ha，hb]。纵向深度维矢量需根据探地雷达的探測深度进行选取，与时窗W有夫，记为[ga，gb]。[0004]传统的距离偏移成像方法中，首先对预处理后的记录剖面E1U, t)进行ニ维傅里叶变换，然后在空间谱域进行坐标变换和插值处理，获得目标成像区域的ニ维空间谱域值，再对该ニ维空间谱域值进行ニ维逆傅里叶变换，从而获得最終的ニ维成像結果。具体的成像步骤如下:
[0005](I)对设定的成像区域进行网格划分
[0006]将该区域分别沿纵向深度維和横向维等间隔地划分为Lz和Lx个网格，则整个成像区域划分为LzXLx个网格。成像的目的便是获得该Lz*Lx个网格处的散射强度值，即0(zm，xn)m=l, ---,Lz ；n=l, ---,Lx0在下视探地雷达成像处理中，一般设Lx=L,即:成像区域中的横向维网格划分数目与探地雷达记录剖面中的横向维采样点数相同，成像区域中的横向维矢量和探地雷达扫描时的横向维矢量相同。成像区域的纵向维矢量记为z=[z0,z1.....zm....zm-1]其中M=Lz。
[0007](2)对预处理后的记录剖面E1 (X，t)进行ニ维傅里叶变换
[0008]探地雷达的预处理剖面在空间维和时间维均为离散形式，其离散形式可表示为E1Q ? Ax，k ? At)，l≤I≤L，0≤k≤K-1，其中I和k分别表示预处理剖面的横向(空间维)和纵向(时间維)的离散序号，Ax和At分别表示预处理剖面的横向(空间维)采样间隔和纵向(时间維)采样间隔。该记录剖面在空间——时间域(oxt平面)中为ニ维实矩阵。预处理剖面E1U, t)的ニ维离散傅里叶变换见下式:
[0009]
【权利要求】
1.ー种探地雷达加窗距离偏移成像方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:采用探地雷达进行ー维沿线扫描，雷达记录的剖面数据为Etl (X，0，对も(んt)预处理后的探地雷达记录剖面数据为E1 (X，t);其中X是检测点的横向位置，t表示时间；步骤2d-Ei(X，t)逐列进行一维加窗傅里叶变换，得到ニ维复矩阵F1wU1, f),O≤I≤L-1 ; 其中，L表示空间维的横向采样点数，I为空间维的横向采样点的序号； 步骤3:对F1wU1, f)，0≤I≤L-1进行空间维加窗傅里叶变换，得到H；(gx, fk)； 步骤4:对H1Igx, fk)进行谱域插值和ニ维逆傅里叶变换，从而获得最終的扫描区域的ニ维成像結果。
2.根据权利要求1所述的探地雷达加窗距离偏移成像方法，其特征在于，所述的步骤2包括以下子步骤: 1)对任一列即第I列对应的一维矢量E1U1,k)，先搜索其中绝对值最大值对应的时间采样点，记为ks,即ks满足: E1 (X1, ks)=max[abs (E1 (X1, k))], k=0,…,K_l, K表示时间维的采样点数,k为时间维采样点的序号； 2)利用中心位置位〒ks采样点的窗函数对该ー维矢量进行加窗处理，得到一维矢量
EJ(Xpk)=E1(Xpk) ? W1(Ic)，其中窗函数
3.根据权利要求2所述的探地雷达加窗距离偏移成像方法，其特征在于，所述的步骤3包括以下子步骤: 1)计算E1(-t)沿空间维的能量分布值
【文档编号】G01S13/89GK103439707SQ201310378501
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】雷文太, 史瑀佳 申请人:中南大学