一种基于MVDR波束的探地雷达探测方法和系统

本发明涉及探地雷达探测领域，尤其涉及一种基于mvdr波束的探地雷达探测方法。

背景技术：

1、探地雷达是一种无损检测技术。它利用高频电磁能量来定位地下目标。其凭借强大的无损检测能力，被广泛应用于地下目标的探测和重建。目前，探地雷达的应用场景包括岩土工程、沉积学、钢筋自动探测、地雷探测、考古学、公用线路定位和垂直结构评估。

2、在目前的研究中，探地雷达可以在运动方向上产生能产生高分辨率的扫描图像，但是在垂直于探地雷达运动方向上，即横向方向上，探地雷达的探测范围非常有限。目前，为提升探地雷达的横向探测范围，最主流的方法是通过射频开关将单通道的射频信号复用为多路，并为多路射频信号配置独立的收发天线，再将多个天线沿横向方式组成阵列，该方法主要是利用分时探测的思路来提升探地雷达的有效扫描范围。但是，在此情况下由于，每个天线之间存在一定的间距，即使通过射频开关切换，也只能对天线正下方进行有效探测。这种难以保证对于两个天线之间的分辨率。若采用上述方式对广场、火车站等大面积的区域进行地下环境检测，需要重复进行多次的扫描，这要耗费大量的时间和人力，且难以保证检测的精度。

技术实现思路

1、本发明针对现有探地雷达对广场、火车站等大面积的区域进行地下环境检测，需要重复进行多次的扫描，耗费大量的时间和人力，且难以保证检测的精度的问题，提出一种基于mvdr波束的探地雷达探测方法，所述方法包括；

2、根据线性天线阵列结构采集地下目标反射的信号，所述信号在多个通道上同时接收，并传输至上位机；

3、根据mvdr波束形成方法对每个天线通道的接收信号进行处理，构建波束；

4、根据所述波束进行扫描获取一维回波数据；

5、将所述一维回波数据进行拼接，获取扇形区域扫描图像；

6、根据所述扇形区域扫描图像确定强回波方向和距离；

7、根据所述强回波方向和距离确定目标的尺寸和位置；

8、对存在强回波的方向再次根据波束形成方法获取波束，构建实际的扇形扫描图像。

9、进一步的，还提供一种优选方式，所述根据mvdr波束形成方法对每个天线通道的接收信号进行处理，构建波束，包括：

10、通过根据mvdr波束形成方法结合期望的波束指向来为每一个天线采集到的数据分配一个加权系数；

11、将所有天线采集到的信号加权后进行相加获取综合的波束主瓣指向预期方向。

12、进一步的，还提供一种优选方式，所述根据所述波束进行扫描获取一维回波数据，包括：

13、调整所述波束主瓣的角度，探地雷达从45°开始，以0.5°的角度步进扫描至135°。

14、进一步的，还提供一种优选方式，所述根据所述波束获取一维回波数据，包括：

15、选择任意一个初始的波束指向角度；

16、调整波束指向的角度，逐渐扫描整个探测区域，获取180个方向上的一维回波数据。

17、进一步的，还提供一种优选方式，所述将所述一维回波数据进行拼接，获取扇形区域扫描图像，包括：

18、根据每个扫描角度计算一维距离相；

19、根据所述一维距离相按照主瓣的角度拼接获取扇形区域扫描图像。

20、进一步的，还提供一种优选方式，所述对存在强回波的方向再次根据波束形成方法获取波束，构建实际的扇形扫描图像，包括：

21、根据存在回波的方向作为主瓣的方向再次通过波束形成方法，依次获取目标方向和特定方向的副瓣电平；

22、根据所述特定方向的副瓣电平抑制假目标生成；

23、将目标方向上每个角度测得的一维距离相按照测量角度拼接成实际的扇形扫描图像。

24、基于同一发明构思，本发明还提出一种基于mvdr波束的探地雷达探测系统，所述系统包括；

25、信号采集单元，用于根据线性天线阵列结构采集地下目标反射的信号，所述信号在多个通道上同时接收，并传输至上位机；

26、波束构建单元，用于根据mvdr波束形成方法对每个天线通道的接收信号进行处理，构建波束；

27、扫描单元，用于根据所述波束进行扫描获取一维回波数据；

28、拼接单元，用于将所述一维回波数据进行拼接，获取扇形区域扫描图像；

29、强回波方向和距离获取单元，用于根据所述扇形区域扫描图像确定强回波方向和距离；

30、目标的尺寸和位置获取单元，用于根据所述强回波方向和距离确定目标的尺寸和位置；

31、扇形扫描图像获取单元，用于对存在强回波的方向再次根据波束形成方法获取波束，构建实际的扇形扫描图像。

32、进一步的，还提供一种优选方式，所述波束构建单元，包括：

33、通过根据mvdr波束形成方法结合期望的波束指向来为每一个天线采集到的数据分配一个加权系数；

34、将所有天线采集到的信号加权后进行相加获取综合的波束主瓣指向预期方向。

35、基于同一发明构思，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于储存计算机程序，所述计算机程序执行上述任一项所述的一种基于mvdr波束的探地雷达探测方法。

36、基于同一发明构思，本发明还提出一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据上述中任一项中所述的一种基于mvdr波束的探地雷达探测方法。

37、本发明的有益之处在于：

38、本发明解决了现有探地雷达对广场、火车站等大面积的区域进行地下环境检测，需要重复进行多次的扫描，耗费大量的时间和人力，且难以保证检测的精度的问题。

39、本发明所述的一种基于mvdr波束的探地雷达探测方法，对存在使用线性天线阵列结构采集地下目标反射的信号，这意味着多个天线通道同时接收地下信号，这些通道在空间上排列成一行，以捕获反射信号。通过多通道同时接收信号，提高了探测系统的接收能力，增强了信号的质量和强度。采用mvdr波束形成方法，对每个天线通道的接收信号进行处理，以构建波束。mvdr波束形成方法旨在最小化干扰，同时增强感兴趣的信号，以提高目标检测的准确性。它通过权衡各个通道的信号来实现这一目标。mvdr波束形成可以抑制干扰信号，使系统更加灵敏，提高了目标信号的可检测性和定位精度。使用构建的波束进行扫描，获取一维回波数据。然后将这些一维回波数据进行拼接，形成扇形区域扫描图像。将一维回波数据拼接成扇形区域图像有助于综合分析不同方向的数据，提高了地下目标的检测和定位的可靠性。根据扇形区域扫描图像，确定强回波的方向和距离，以确定地下目标的尺寸和位置。这通常涉及信号处理和目标特征提取。通过定位强回波，提高了目标检测的可靠性和准确性，同时提供了目标的尺寸和位置信息。对存在强回波的方向再次根据波束形成方法获取波束，构建实际的扇形扫描图像，用于详细的地下环境分析和目标识别。构建实际的扇形扫描图像有助于更详细的分析和目标识别，为用户提供更多信息。

40、本发明所述的一种基于mvdr波束的探地雷达探测方法，相对于传统的探地雷达往往只是对采集到的数据进行拼接，这种简单对数据堆叠无法充分发挥探地雷达天线阵列的优势，本发明基于mvdr波束形成方法对雷达接收数据进行处理，可以综合多个通道的数据以提升获取的信息量，在此基础上能够进一步提升横向探测范围和分辨率。波束形成通过后处理实现，天线阵列采集数据后，上传到上位机中，在上位机中通过mvdr方法结合期望的波束指向来为每一个天线采集到的数据分配一个加权系数，之后再将所有天线采集到的信号相加就能使综合处的波束主瓣指向预期方向。在波束形成的基础上，对主瓣方向进行调节，从设定的初始角度开始，方向主瓣方向按照一定的角度步进连续变化直至到达最终的扫描角度，在每个角度的方向图形成后，计算在该方向上的一维距离相。在角度扫描的过程中会产生与角度步进数量相同的一维距离相，将这些一维距离相按照主瓣的角度拼接能得到横向扫描方向图，在这一步中已经实现了探地雷达探测范围的提升。在此基础上缩小角度的步进间隔就可以实现分辨性能的提升。在波束形成的过程中，随着主瓣角度变化，副瓣电平也会随之抬升，当副瓣电平抬升到较高的水平时，这会导致虚假目标产生，导致误判发生。通过两次波束形成，依次获得目标方向以及对指定方向的副瓣电平进行抑制来抑制虚假目标产生。

41、本发明应用于无损检测领域。