[发明专利]一种平面三层介质中电磁波传播时延的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于探地雷达成像技术领域，涉及一种平面三层介质中电磁波传播时延的计算方法。

背景技术

探地雷达是一种有效的无损探测技术。它通过空域扫描向探测区域发射电磁波并接收散射回波，可实现对未知区域内部的成像处理，获得未知区域中的隐蔽目标参数，即目标分布信息和散射强度信息，有效应用于市政工程、考古、地雷探测、反恐等多种场合。

探地雷达的成像方法有多种，基于“延时-累加”处理的后向投影成像算法适用于非等间距采样下对分层介质中点散射型目标的成像处理，因而广泛应用于探地雷达信号处理中。后向投影成像算法的关键处理步骤是传播时延的计算。对成像区域中的每一网格位置(x_o，z_o)，根据探测扫描场景分别计算各测点对应的发射天线x_T和接收天线x_R到成像点(x_o，z_o)的电磁波单程传播时延。本专利适用于平面三层介质环境下第一层介质(空气)中各天线测点到第三层介质中各成像点的单程传播时延的计算。

对三层平面介质结构的扫描区域而言，探地雷达天线位于第一层介质，即空气中，用于对整个探测区域进行扫描。整个成像区域可分为两部分，即第二层介质部分和第三层介质部分。成像处理便是获得第二层介质中各点和第三层介质中成像区域覆盖的各点的散射强度。在进行后向投影成像运算时，对第二层介质中的各点，需要计算电磁波经过一次折射后的传播时延，常用的方法有搜索法、线性近似法【参考文献：E.M.Johansson，J.E.Mast，Three dimensional ground penetrating radar imaging using a synthetic aperture time-domain focusing，in：Proceedings of the SPIE Conference on Advanced Microwave and Millimeter Wave Detectors，2275，1994，pp.205-214.】和双曲线波前近似法【参考文献：Rappaport，C.，A novel，non-iterative，analytic method to find the surface refraction point for air-coupled ground penetrating radar，Proceedings of the 5th European Conference on Antennas and Propagation(EUCAP)，1786-1789，2011】。对第三层介质中成像区域的各点，需要计算各成像点到第一层介质(空气)中探地雷达天线各测点的传播时延。根据电磁波传播规律，电磁波在探地雷达天线和第三层介质中成像点间的传播要经过两次折射，即在第一二层介质交界面处产生一次折射，在第二三层介质交界面处产生第二次折射，如图1所示。

传统的时延计算方法是通过两维搜索获得单程传播时延的极小值，即