[发明专利]一种浅层穿透雷达合成孔径成像方法

说明书

本发明公开了一种浅层穿透雷达合成孔径成像方法。该方法为：首先对雷达接收到的回波信号进行杂波去除，求取去除杂波后的雷达回波；然后设定目标、背景聚类中心，按列依次求回波数据的方差并进行归一化处理，将处理好的归一化方差聚类，根据经验阈值将背景信号置零，提取目标信号；遍历所有成像点，完成整个成像过程；最后将得到的信号进行合成孔径加权求和，完成图像的重建。本发明减少了合成孔径运算量，提高了运算速度，并保持了原有的高分辨成像。

技术领域

本发明涉及雷达成像技术领域，具体是一种浅层穿透雷达合成孔径成像方法。

背景技术

浅层穿透雷达是利用电磁波对表层下目标定位、检测和识别的设备，近年来在民用和军事领域应用十分广泛。针对不同应用需求，穿透雷达拥有不同的结构、体制及处理方法，主要有探地雷达、钻孔雷达、穿墙探测雷达、全息穿透雷达、地雷检测雷达等。在穿透雷达诸多信号处理技术中，穿透成像处理可以有效地提高分辨率、降低数据解译难度，并为目标识别、分类等处理提供基础。

基于上述优点，自上世纪80年代穿透成像的研究已经起始，90年代中期之后逐渐成为热点，在成像理论方法上不断有新的创新成果。但就成像处理而言，穿透成像依然面临不小的挑战，这主要基于：(1)穿透雷达穿透的介质非常复杂，一般是不可光学透视的固态物质；(2)穿透雷达工作在浅表层，不能依靠已有的远场雷达信号处理理论；(3)穿透雷达属于低频超宽带系统，目前尚难以建立有效的超宽带电磁反射信号模型。因此，浅层穿透雷达成像问题仍然面临着不小的挑战。

在地下目标成像技术的发展过程中，由于合成孔径成像方法具有强聚焦能力、可以很好地反应地下目标的真实尺寸和位置的优点，已经成为穿透成像雷达领域重点研究的成像方法。在整个成像过程中，由于穿透雷达在地面某一起始点沿x(或y)方向水平移动，在该方向不同的位置采集数据，得到呈双曲线分布v＝(x_r,t)数据集，整个成像区域中目标区域所占总区域的比例通常小于2％。对于回波数据的各行，有目标回波存在的行中数据差别较大，无目标回波存在的行差别较小，造成待处理的数据较冗杂，成像速度慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现快速合成孔径成像，并保持原来高成像分辨率的浅层穿透雷达合成孔径成像方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种浅层穿透雷达合成孔径成像方法，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。

进一步地，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：