[发明专利]一种浅层穿透雷达合成孔径成像方法

权利要求书

1.一种浅层穿透雷达合成孔径成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采用探地雷达进行沿线扫描，得到雷达记录的剖面数据；

步骤2、对雷达得到的剖面数据进行去除杂波处理，得到处理后的数据；

步骤3、对去除杂波处理后的剖面数据计算方差，并进行方差归一化处理；

步骤4、设定目标、背景聚类中心，将归一化后的方差进行聚类，根据经验阈值将聚类后的背景信号置零，提取目标信号；

步骤5、将得到的信号进行合成孔径加权求和，完成图像的重建。

2.根据权利要求1所述的浅层穿透雷达合成孔径成像方法，其特征在于，步骤1所述的采用探地雷达进行沿线扫描，得到雷达记录的剖面数据，具体如下：

设定天线的位置为X_r＝(x_r,y_r,0)，X_r位置接收到的回波信号为m＝(x_r,t)，接收点有n处，记为接收点集{X_r}；接收到的信号为{m＝(x_r,t)}；X＝(x,y,0)是目标表面的点，天线和目标成像点的距离L为：设定目标的表面的一个反射点为S，发射波的入射方向与目标表面入射点的法线方向的夹角为θ，反射点到地面的垂直距离为d，目标表面的一个反射点S的复幅度反射为P(X)；目标表面上的法线方向与记录孔径垂直的点，记为X＝(x,y,z)，点X的法线方向与入射方向的余弦为：

则由球面波在有损耗介质中的传播特征和菲涅尔基尔霍夫的衍射理论得：

其中，v是电磁波在介质中的波速，u'(t)是发射波形u(t)的一阶时间偏导数。

3.根据权利要求1所述的浅层穿透雷达合成孔径成像方法，其特征在于，步骤2所述的对雷达得到的回波数据进行去除杂波处理，得到处理后的数据，具体如下：

用均值法将得到的回波数据作去除杂波处理，数学表达式为：

其中，M,N分别为数据的总行数与总列数，X_i为雷达回波数据，为经过杂波处理后的数据。

4.根据权利要求1所述的浅层穿透雷达合成孔径成像方法，其特征在于，步骤3所述的对去除杂波处理后的回波数据计算方差，并进行方差归一化处理，具体如下：

对去除杂波后的回波数据计算每行数据的方差var_i：

其中，是回波经过杂波处理后得到的值，是经过杂波处理后回波的期望值；

并将各行数据的方差作归一化处理：

其中max(var₁,var₂,...,var_M)表示取所有M个方差中最大的一个，var norm_i为第i行数据的归一化方差。

5.根据权利要求1所述的浅层穿透雷达合成孔径成像方法，其特征在于，步骤4所述的设定目标、背景聚类中心，将归一化后的方差进行聚类，具体如下：

遍历并比较整个回波数据的归一化方差，将散布最大的点作为初始目标中心点，待聚类类别为目标和背景两类，根据经验设定聚类阈值Th为0.02，得到聚类结果，将背景置零，提取目标信号m₁(X_r,t)。

6.根据权利要求1所述的浅层穿透雷达合成孔径成像方法，其特征在于，步骤5所述的将得到的信号进行合成孔径加权求和，完成图像的重建，公式如下：

其中，B(X)为图像重构函数，m₁(X_r,t)为分割背景后的目标信号，是距离分辨力函数，与成像雷达相关。