[发明专利]一种基于改进后向投影的三维探地雷达量化成像方法

权利要求书

1.一种基于改进后向投影的三维探地雷达量化成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取测线区域内的三维探地雷达的回波信号数据；

(2)对所述回波信号数据进行预处理，得到三维数据矩阵，所述预处理包括去直达波和增益控制；

(3)分割所述三维数据矩阵为二维剖面数据，通过改进后向投影成像对所述二维剖面数据进行可视化成像；

(4)提取异常区域的单道波A-scan数据，对应所述单道波A-scan数据的幅值突变处，量化地下埋藏目标体的几何尺寸、水平位置及埋地深度；

所述步骤(3)中，分割所述三维数据矩阵为二维剖面数据，通过改进后向投影成像对所述二维剖面数据进行可视化成像，包括：

对应所述三维探地雷达的多个通道，分割三维数据矩阵为二维剖面数据，分别对每一个二维剖面数据进行改进后向投影成像；

通过埋地目标反射信号传播到各天线合成孔径处的双程走时进行查找，遍历整个探测区域，不断重复算法的时延-求和运算；将每个成像点所生成的数据矩阵中的每个通道的数据分别与其他各通道的数据作互相关处理，得到互相关系数均值，将互相关系数均值作为权值与矩阵数据的通道平均数据相乘，最后将相乘的结果进行相加，以实现对所有数据的还原归位；

将根据互相关系数均值改进后向投影实现的二维剖面成像，按照原始采样数据的相对位置进行拼接合并，得到三维可视化成像结果。

2.根据权利要求1所述的基于改进后向投影的三维探地雷达量化成像方法，其特征在于，所述回波信号数据为十六进制数据，对所述回波信号数据进行预处理包括：

提取所述回波信号数据，对所述回波信号数据执行删除空格和分割字符的操作，将所述回波信号数据重新排列，转换为十进制数据；

采用均值法去直达波，对转换为十进制数据后的回波信号的行数据求平均值，用转换为十进制数据后的回波信号的行数据减去所述平均值；

生成指数增益函数，根据所述指数增益函数对去直达波后的回波信号进行增益调节。

3.根据权利要求1所述的基于改进后向投影的三维探地雷达量化成像方法，其特征在于，所述通过埋地目标反射信号传播到各天线合成孔径处的双程走时进行查找，遍历整个探测区域，不断重复算法的时延-求和运算包括：

若所述三维探地雷达的回波数据垂直采样单元为M，合成孔径数目为Np，对于所述回波数据中的每一个成像点首先进行Np次的延时计算，然后根据双程走时在每个单道波A-scan数据中追踪到对应数值，对所有的单道波A-scan数据中对应数值相加，每个成像点进行Np-1次加法运算。

4.根据权利要求3所述的基于改进后向投影的三维探地雷达量化成像方法，其特征在于，对所有的单道波A-scan数据中对应数值相加，每个成像点进行Np-1次加法运算包括：

根据成像点时延获取单道波A-scan数据中对应的回波信号，然后以所述回波信号为中心截取一段长为L+1的有效信号作为所述成像点的时延响应信号；

在所述时延响应信号处上下分别截取L/2个数据值，得到所述成像点的(L+1)N_p维的数据矩阵；

将每个成像点所生成的数据矩阵中的每道数据分别与其他各通道数据作互相关处理，将得到的互相关系数均值作为权值与矩阵数据的道平均数据相乘，将相乘的结果进行相加。

5.根据权利要求4所述的基于改进后向投影的三维探地雷达量化成像方法，其特征在于，将每个成像点所生成的数据矩阵中的每道数据分别与其他各通道数据作互相关处理，将得到的互相关系数均值作为权值与矩阵数据的道平均数据相乘，将相乘的结果进行相加包括：

所述每个成像点所生成的数据矩阵中的每道数据分别与其他各通道数据作互相关处理，得到一个N_p×N_p维的互相关系数矩阵：

其中，为第k道时延数据段与第N_p道时延数据段进行互相关的系数；

若所述成像点在每道天线合成孔径时延位置处回波数据幅值最高，则将求得的各通道数据的互相关系数均值与所述成像点在对应的各通道A-scan数据时延位置处的响应幅值进行相乘，将相乘的结果进行求和。

6.根据权利要求1所述的基于改进后向投影的三维探地雷达量化成像方法，其特征在于，采用的互相关系数为pearson相关系数。