[发明专利]一种用于极坐标数据采集模式的浅埋目标三维成像方法

权利要求书

1.一种用于极坐标数据采集模式的浅埋目标三维成像方法，其特征在于，

设雷达发射的宽带信号的频率范围为f：f_min≤f≤f_max，其中f_min为最小截止频率，f_max为最大截止频率，带宽B＝f_max-f_min，中心频率目标埋藏于相对介电常数为ε_r的均匀介质中，雷达电磁波信号在介质中传播的波速为其中c＝3×10⁸m/s是真空中的波速；雷达接收回波信号的采样率F_s：F_s≥2f_max，采样的时间间隔Δt＝1/F_s，采样点数为T；

已知极坐标采样点在空间上呈同心圆分布，其中同心圆的数量为M个，半径方向采样间隔为Δρ，最内圈半径为ρ₁，则由内至外第m圈半径ρ_m＝ρ₁+(m-1)Δρ，m＝1,2,...M；第m圈圆周扫描的采样点数为N_m，根据奈奎斯特采样定理，第m圈圆周扫描的角度间隔Δθ_m应满足公式一，即

因此，每圈的采样点数由内向外随采样半径增大而增多；各圈极坐标采样得到的雷达回波数据可表示为集合的形式：{sr_m(n,t)|0≤n≤N_m-1，1≤m≤M,0≤t≤T-1}，其中n为离散角度变量，t是离散时间变量；

所述方法包括以下步骤：

(1)对每圈回波数据沿时间方向和角度方向做二维离散傅里叶变换，其结果记为Sr_m(k_θ,f)，得到公式二：

其中k_θ为角频率，k_θ＝0,1,...,N_m-1，f为对应时间t的频率；

(2)以最外圈角度采样点数N_M为基准，将Sr_m(k_θ,f)的内圈数据填零补齐，得到公式三的三维数据矩阵Sr(m,k_θ,f)：

(3)将Sr(m,k_θ,f)沿半径方向做Hankel变换，得到公式四：

其中是阶数为k_θ的贝塞尔函数，k_ρ为对应于半径ρ的波数；

(4)将所述公式四对k_θ做离散逆傅里叶变换，得到对应于回波数据的三维傅里叶谱的极坐标形式：

(5)根据圆柱坐标系下频散关系：

利用基于Stolt插值原理，得到目标在圆柱坐标系下三维频谱形式：

(6)对三维频谱沿k_ρ和k_z方向做二维逆傅里叶变换，最终得到目标三维成像结果的圆柱坐标表达形式：

(7)利用极坐标与直角坐标换算关系将变换到直角坐标系下的三维成像结果g(x,y,z)：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述公式二、所述公式五和所述公式八通过快速傅里叶变换FFT提高整个成像的运算速度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述公式一至所述公式五，实现极坐标采样回波数据的三维频谱的圆柱坐标表示形式。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述极坐标采样点N_m在各圈分布数目不一致，所述极坐标采样点N_m是按照奈奎斯特空间采样条件确定的，所述极坐标采样点N_m由内圈往外逐渐增大。