[发明专利]一种全息穿透成像雷达极坐标数据处理方法

说明书

本发明提出一种全息穿透成像雷达极坐标数据处理方法。技术方案是：将待探测区域按照极坐标系划分，在每个坐标点处利用全息穿透成像雷达发射信号并采集回波数据；对回波数据进行空间域滤波处理；对空间域滤波后的回波数据进行傅里叶变换处理；对傅里叶变换结果沿半径方向和角度方向分别进行积分处理得到空间波数谱；对空间波数谱进行滤波和逆傅里叶变换处理得到成像结果。本发明计算量小，后续的成像精度高。

技术领域

本发明涉及雷达探测技术领域，特别涉及一种全息穿透成像雷达极坐标数据处理方法。

背景技术

全息成像是一种利用二维平面上采集到的相干回波数据来生成目标图像的技术手段。对埋藏在介质中的目标实施全息成像、进而实现目标探测的雷达称为HPIR(Holographic Penetrating Imaging Radar,全息穿透成像雷达)。HPIR在二维平面网格上移动，在每个格点发射相干电磁波，穿透介质对埋藏的目标进行探测。目标反射的回波被采集、量化和存储，然后通过算法进行处理，从而重建目标图像。HPIR成像技术使获取的信息变得更加直观，降低了判读的难度，有利于对埋藏目标的检测和识别，从而提升HPIR的探测性能，扩大了其应用范围，具有广阔应用前景。

实现HPIR成像，主要包括两个步骤：一是采集回波数据，即按照一定的规则和坐标系在待探测区域内划分出采样点，在划分的每个采样点处利用HPIR发射信号，并接收回波，从而获取具有一定空间位置关系的雷达回波数据；二是成像处理，即将上述采集到的雷达回波数据，采用合适的成像算法形成目标图像。传统的HPIR成像技术通常是针对直角坐标系下采集的、呈矩形均匀分布的回波数据，采用的成像算法包括后向投影(BackProjection，BP)，逆时偏移(Reverse Time Migration，RTM)，距离偏移(Range Migration，RM)等。

然而在一些应用中，由于场地条件或者特殊的应用需求，HPIR获取的数据并不满足矩形均匀分布的要求，例如文献“Shiping Zhu,Jian Wang,Yi Su,et al.A circularsurvey for 3D Ground Penetrating Radar to map hidden cylinders[C].Proceedingsof 7th International Workshop on Advanced Ground Penetrating Radar”回波数据获取是在极坐标下进行的。现有处理极坐标下采集的数据的方法通常是利用插值，将极坐标下采集到的数据插值为直角坐标下的数据，然后利用传统的成像算法进行处理。然而上述插值过程不可避免的会引入误差，这对成像结果的精确性造成了严重影响。此外，插值本身的计算量也很大，从最简单的临近点插值算法，线性插值，再到较复杂的三次样条插值，虽然插值效果有所改进，但插值过程所需要的时间也成倍的增长，难以满足HPIR探测的实时性要求。因此需要针对极坐标下采集的数据提出专门的、高效的成像算法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种全息穿透成像雷达极坐标数据处理方法，这种方法计算量小，后续的成像精度高。

本发明技术方案是：

将待探测区域按照极坐标系划分，在每个坐标点处利用HPIR发射信号并采集回波数据。采集数据过程中半径方向和角度方向分别等间隔采样，本发明称该采集方式为极坐标采样。设r表示半径方向，θ表示角度方向，半径方向的采样间隔为Δr，共获得M个均匀采样点；角度方向的采样间隔Δθ，共获得N个均匀采样点，采样间隔的取值由HPIR的参数决定，因此，回波数据是一个M×N的矩阵，下面为了表述方便，将回波数据记为s(r,θ)。

包括以下步骤：利用HPIR对待探测区域进行极坐标采样获取回波数据；对回波数据进行空间域滤波处理；对空间域滤波后的回波数据进行傅里叶变换处理；对傅里叶变换结果沿半径方向和角度方向分别进行积分处理得到空间波数谱；对空间波数谱进行匹配滤波和逆傅里叶变换处理得到成像结果。