[发明专利]一种用于提高地质雷达信号分辨率的方法

权利要求书

1.一种用于提高地质雷达信号分辨率的信号处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S100、对多道A-scan信号进行一维傅里叶变换，并在A-scan信号的有效频带宽度内确定A-scan信号的基础频段和各拓频频段；

S200、计算A-scan信号各拓频频段的加权系数；

S300、对A-scan信号进行连续小波变换，得到对应的时间-尺度域小波变换系数；

S400、根据频率和尺度的换算关系，对不同时间-尺度范围内的小波变换系数乘以对应的加权系数；

S500、计算所述乘以对应的加权系数后小波变换系数对应的连续小波反变换，得到A-scan信号对应的高分辨率信号；

S600、对每个A-scan信号重复步骤S300-S500；

其中，步骤S200所述计算A-scan信号各拓频频段加权系数包括以下步骤：

S201、计算A-scan信号基础频段内频谱的平均能量密度P，

其中，|F(ω)|为A-scan的平均振幅谱，ω₀表示基准频率点，ω⁰表示基础频段的下界；

S202、按照步骤S201中的公式，依次计算A-scan信号高频段的一次谐波段、二次谐波段，低频段的一次次谐波段和二次次谐波段的平均能量密度P₁，P₂，P¹，P²；

S203、确定A-scan信号高频段的一次谐波段、二次谐波段、低频段的一次次谐波段和二次次谐波段的加权值分别为

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S100包括如下步骤：

S101、对多道A-scan信号进行一维傅里叶变换，然后计算对应傅里叶振幅谱的平均值，即为A-scan信号的平均振幅谱；

S102、基于对应的平均振幅谱选定A-scan信号的基准频率点，根据基准频率点确定基础频率段，然后在频率轴上确定各拓频频段；

所述拓频频段包括：高频段的一次、二次和高次谐波段，低频段的一次次谐波、二次次谐波以及高次次谐波频率段。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算步骤S300所述的连续小波变换的关系式如下：

式中，W(a,τ)表示小波变换系数，t表示时间，f(t)表示A-scan信号；τ为时移，τ属于实数集，小波尺度因子a＞0；为小波函数的复共轭，对母小波函数ψ(t)经过伸缩a和时移τ得到

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S400所述的频率和小波尺度因子的换算关系如下：

其中，a为小波尺度因子，ω为信号频率，ω_b为母小波函数的频率。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S500所述的连续小波反变换的关系式如下：

式中，为频谱带宽已扩展的A-scan信号时间-尺度分布，为重构的高分辨率A-scan信号。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述A-scan信号的基准频率点ω₀选取为A-scan信号平均振幅谱的最大值对应的频率值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在A-scan信号的平均振幅谱上，向A-scan信号的基准频率点的低频段方向幅度下降约30％时对应的频率定义为基础频率段的下界ω⁰。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在频率轴上小于基础频段的频率定义为低频，高于基础频段的频率定义为高频，然后向高频段随着频率升高依次确定一次谐波段(ω₀,ω₁)，二次谐波段(ω₁,ω₂)以及高次谐波段，向低频段随着频率降低依次确定一次次谐波段(ω¹,ω⁰)，二次次谐波段(ω²,ω¹)。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述L个A-scan信号平均振幅谱的计算公式为：

其中：F_l(ω),l＝1,2,…,L表示L个A-scan信号的傅里叶变换。