[发明专利]一种目标透视雷达成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种目标透视雷达成像技术领域。

背景技术

探地雷达(Ground Penetrating Radar，GPR)是一种以电磁波为探测手段，从地上对地下地层分布及地底埋藏物进行探测的无损探测技术，广泛应用于探雷、探矿、路基、隧道、地下涵道、管网无损检测及考古等多个军事和民用领域。合成孔径成像是一种主动式微波相参成像技术，具备空间分辨率高、能全天时全天候工作的特点，是军事侦察、地形测绘、探地、穿墙成像等领域的常用技术之一。

探墙雷达(Wall Penetrating Radar,WPR)是一种利用电磁波从墙外部探测墙内隐藏目标的技术，属于探地雷达的衍生技术，广泛应用于对墙体内线缆、钢筋、管道等规则目标以及窃听器等不规则物体的探测和识别。目前，对目标进行精确定位和高分辨成像成为探墙雷达技术发展的一大热点。

步进频连续波雷达是一种通过发射一连串载频线性跳变的连续波，将不同频点回波信号做相参处理实现高分辨的技术，具有发射功率低、瞬时带宽窄、信号工作带宽宽等特点，其设备相对简单、重量较轻、测距和测速精度高，广泛应用在周边监测、探地等领域。但是在近场条件下，由于天线不能简单的等效为一个相位中心，因此不能采用信号相参方式，对于近场条件下复杂的回波信号无能为力。

但是，步进频连续波雷达通常应用在远场条件下，即目标与天线距离较远，步进频连续波雷达基于远场假设，即将天线简单的等效为一个相位中心，从而可以采用信号相参的方式进行数据处理，实现高分辨。然而在实际应用中，探墙雷达的探头一般距离墙面很近，而且墙面的厚度一定，这使得目标处于天线的辐射近场区，天线不能简单的等效为一个相位中心，因此不能沿用远场的处理方法。同时，由于墙内埋藏的目标不仅仅是简单的管状物或者条状物，而是形状复杂、尺寸更小的小目标，所以在满足探测深度要求的同时需要实现高分辨率成像；再者，考虑到在实际使用时，需要将安装有一定质量探头的手持端放在墙面上一段时间，因此实时成像需要快速的成像方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种目标透视雷达成像方法，能够应用在近场条件下，实现了对小目标的探测和高分辨成像。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种目标透视雷达成像方法，用于介质中的目标进行近场成像，该方法包括如下步骤：

步骤一、采用步进频连续波雷达作为目标透视雷达，构建目标透视雷达的收发天线在自由空气中的电磁场分布并预存；

步骤二、利用合成孔径成像技术，对目标透视雷达实际扫描获得的二维平面探测数据进行单频点成像，获得介质的单频点三维成像结果；所述合成孔径成像的处理过程中的相参操作是利用预存的所述自由空气中的电磁场分布与所述二维平面探测数据进行相参；

步骤三、生成一系列补偿相位值，对步骤二的单频点三维成像结果进行补偿，然后利用熵值表达有序性的特点，从补偿结果中找到熵值最小者，认为是最为逼近真实的三维成像结果；

步骤四、从所述最为逼近真实的介质三维成像结果中找到熵值最小的二维切片，认为是最为逼近介质中真实目标深度的切片，即目标成像结果。

优选地，所述步骤一具体为：

对目标透视雷达的收发天线口面进行近场扫描，然后利用获得的目标透视雷达收发天线的二维口面场扫描数据计算发射天线和接收天线在空气中的波前数据；将发射天线波前数据和接收天线波前数据按方位向x、俯仰向y、距离向z、步进频率f对应相乘，获得收发天线在自由空气中的电磁场分布。

优选地，发射天线在空气中的波前数据的计算方式为：首先将发射天线的二维口面场扫描数据A^T(x,y；f)沿x方向和y方向做傅里叶变换，再乘以距离向因子exp(jk_zz)，其中z即为距离向坐标，k_z为距离向傅里叶频率，最后输出发射天线在空气中的波前数据E^T(x,y,z；f)；f为步进频连续波雷达的步进频率；

接收天线在空气中的波前数据的计算方式为：首先将接收天线的二维口面场扫描数据A^R(x,y；f)沿x方向和y方向做傅里叶变换，再乘以距离向因子exp(jk_zz)，最后输出接收天线在空气中的波前数据E^R(x,y,z；f)。

优选地，所述步骤二具体为：

步骤201：实际探测时，对被探测介质进行二维平面扫描，获得步进频连续波扫描数据；