[发明专利]一种探地雷达加窗距离偏移成像方法

说明书

技术领域

本发明属于探地雷达成像技术领域，涉及一种探地雷达加窗距离偏移成像方法。

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。探地雷达的空域扫描有沿线的一维扫描和在表面的二维扫描。一维扫描时，发射天线和接收天线分别以一定的间隔沿线移动。在每个位置处，发射天线向探测区域发射电磁波，接收天线接收探测区域的散射回波。然后移动发射天线和接收天线到下一个位置，又可以获得一道散射回波。通过在整个测线上移动发射天线和接收天线，便可以获得多道散射回波。发射天线和接收天线可以装配在一起同时移动，也可以分别移动。接收天线还可以选择为阵列天线的形式。这些配置方式分别对应于探地雷达应用中不同的扫描方式。本专利适用于各种探地雷达天线一维沿线等间距扫描方式下的成像方法。探地雷达成像的目的是从多道散射回波(即原始记录剖面)中恢复出地下区域的散射强度分布信息，即成像结果。一维扫描可以获得二维成像结果，其中一维为横向扫描维，另一维为纵向深度维。本专利针对一维扫描下的探地雷达数据进行加窗距离偏移成像。设一维测线沿地表布置，测线方向设为x方向，测线范围为[A，B]，该测线上共有L个测点，坐标分别为x_l=l·Δx，l=0，…，L-1，Δx表示空间采样间隔，即：空间维采样矢量为发射天线和接收天线装配在一起同时移动。在测点x_l处，发射天线向探测区域发射电磁波，接收天线接收地下探测区域的散射回波，该点处的一维散射回波记为s_l(t)=[s_l(t₀)…s_l(t_k)…s_l(t_K-1)]^T，其中K表示时间维采样点数，上标T表示转置。时间维采样矢量为其中t_k=k·Δt，k=0，…，K-1，Δt表示时间采样间隔，则探地雷达的采样时窗为W=t_K-1-t₀。则整个记录剖面数据E₀(x，t)可表示为E₀(x，t)=[s₁(t)…s_l(t)…s_L(t)]，即E₀(x，t)为一个二维矩阵，其尺寸为K×L，纵向维为时间维，横向维为空间维。成像的目的便是通过探地雷达记录剖面数据E₀(x，t)获得整个探测区域的散射强度值。

探地雷达的成像方法有多种，距离偏移成像算法适用于等间距采样下对均匀背景介质中点散射型目标的成像处理，广泛应用于探地雷达信号处理中【参考文献：雷文太.脉冲GPR高分辨成像算法研究.国防科学技术大学，博士学位论文，2006】。成像处理前需要对原始数据进行均衡、解振荡、去直达波、零点校正等预处理【参考文献：Jol H M主编.雷文太，童孝忠，周旸译.探地雷达理论与应用.北京：电子工业出版社，2011】，设预处理后的记录剖面数据为E₁(x，t)=[s′₁(t)…s′_l(t)…s′_L(t)]，仍为L列。此外，成像处理前，需设定成像区域并预知探测区域中电磁波传播的波速。对于下视探地雷达系统而言，成像区域的横向维矢量的取值区间一般取为原始扫描的测线范围。对于前视或斜前视的探地雷达系统而言，该取值区间需要根据具体的探测场景加以确定，此处统一记为[h_a，h_b]。纵向深度维矢量需根据探地雷达的探测深度进行选取，与时窗W有关，记为[g_a，g_b]。

传统的距离偏移成像方法中，首先对预处理后的记录剖面E₁(x，t)进行二维傅里叶变换，然后在空间谱域进行坐标变换和插值处理，获得目标成像区域的二维空间谱域值，再对该二维空间谱域值进行二维逆傅里叶变换，从而获得最终的二维成像结果。具体的成像步骤如下：

(1)对设定的成像区域进行网格划分