[发明专利]一种用于探地雷达同心圆回波数据的成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及探地雷达成像方法，更为具体地涉及利用雷达在近场条件下穿透介质对目标进行探测并收取呈同心圆分布的回波数据，对该回波数据进行处理实现高分辨二维成像的方法。

背景技术

探地雷达(ground penetrating radar，GPR)成像是指雷达发射电磁波穿透一层或多层介质对目标进行观测并收集回波进行处理获取目标图像的技术。GPR成像技术具有这样的特点：一是目标处于近场区，这是因为电磁波穿透介质后有较大衰减，雷达到目标的距离一般比较近；二是目标一般是静止或慢动目标，目前GPR成像技术主要是针对埋藏的静止目标或隔着障碍物的慢动目标进行成像，对快速运动的目标成像尚未见报道。GPR成像主要有三种成像技术，其一是利用雷达阵列来对目标进行单次快拍成像，实时性好，但硬件成本高；其二是利用单个雷达对成像区域进行合成孔径扫描，通过一段时间的积累获取足够多的回波数据并处理成像，该技术在GPR中被广泛应用，优点是成本低易于实现，缺点是回波获取时间长，实时性差；其三是二者兼有的成像技术，即采用雷达阵列进行合成孔径扫描来获取回波，兼顾了实时性和成本。从成像机理上看，合成孔径雷达成像的回波是对成像区域的时间采样，而雷达阵列的回波是对成像区域的空间采样，二者在大多数情况下是等效的，二者采用的成像算法在大多数情况下也都可以共用，例如距离-多普勒(Range Doppler)成像算法在GPR阵列成像技术和GPR合成孔径成像技术中都得到了广泛应用。通常GPR成像技术可以分为两大步骤，一是回波数据的获取，利用雷达在某种扫描方式下获取具有特殊排列的雷达回波数据；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。

目前传统的GPR成像技术，一般是获取呈矩形均匀分布的回波数据，然后通过多种经典成像算法，如包括衍射层析(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。

然而在有些特定环境下，GPR获取的回波数据并不是呈矩形均匀分布。例如：为了满足实时成像的需求，采用一个线性阵列做圆形扫描并发射连续波穿透介质来观测目标，得到的目标回波将具有同心圆结构分布。此时，经典的成像算法无法被直接用于该回波数据的处理和成像，需要研究专门的成像方法。

事实上，这种具有同心圆分布的GPR回波数据，除了通过上文中线性阵列做圆形扫描来获取外，还可以通过具有同心圆结构的平面阵列直接获取，或者通过合成孔径雷达做圆形扫描来获取。本申请侧重于阐述针对这种具有同心圆结构的GPR回波数据进行成像的算法，并不限定这种同心圆回波数据的获取方式，也就是说，本发明申请所提供的算法对上述几种方式获取的同心圆回波数据均有效且具有相同的处理步骤。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种对在近场条件下获得的具有同心圆分布的GPR回波数据进行处理并实现高分辨二维成像的方法。

本发明提供的这种用于GPR同心圆回波数据的二维成像方法，技术方案是：首先对GPR同心圆回波数据进行相位校正，然后对相位校正后的同心圆回波数据做去载频处理，接着沿同心圆回波数据的直径方向做傅里叶变换得到回波频域数据，最后对同心圆回波数据上的每一点以同心圆的圆心到该点的连线为直径画圆，将上述圆的圆周附近的回波频域数据叠加起来取均值作为该点的输出值，从而得到成像结果。

采用本发明可以达到以下技术效果：一、可对具有同心圆分布的回波数据进行成像，这是传统算法所无法实现的。二、该成像方法对同心圆回波数据的每一个方向都进行同样的处理，因此具有各向同性，即它对各个方向都具有同样的成像性能；三、成像处理过程简单，运算速度快。

附图说明

图1是成像流程图；

图2是GPR同心圆回波数据的空间分布实例图；

图3是仿真实验利用的目标散射点空间分布图；

图4是对图3所示目标采用本发明所提出的成像方法进行成像的结果。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

图1是成像流程图。