[发明专利]一种阵列探地雷达三维切片的实时成像方法

说明书

本发明公开了一种阵列探地雷达三维切片的实时成像方法。结合车载阵列探地雷达的应用场景和结构特点，通过F‑K偏移对电磁波绕射能量进行汇集，根据降采样系数k对各测线的B‑scan数据进行降采样，降低后续计算量，提高成像实时性。再使用BiCubic插值算法对各测线之间横向插值，得到深度切片即C‑scan数据，构建地下空间的三维数据体。在成像阶段，选择B‑scan和C‑scan两种形式的切片对地下空间信息进行充分地展示。本发明能够满足车载探地雷达成像的实时成像需求，有效地提高了判别地下目标的准确率。

技术领域

本发明设计阵列探地雷达信号处理技术领域，更具体的说是一种阵列探地雷达三维切片的实时成像方法。

背景技术

道路作为连通城市的“血管”，对道路的养护和维修是保证城市正常运行的关键。但是由于道路周围自然环境变化，道路自身老化、气候影响、地下管线开挖和路面载荷地增加，都可能使得道路路基产生空洞、脱空或者疏松等病害的现象。但这些病害的出现往往是不可见的，一旦这些病害发展到地表往往会造成较大的经济损失和社会影响。

传统的道路病害检测方式一般采用钻芯取样的方式，不但效率低下，检出病害随机性极大，难以发现微小病害，并且对回填区域也会造成不可逆地伤害。其经济成本较高，实施过程中还需要对道路进行封闭，增大交通压力。所以难以大范围的使用。

探地雷达通过向地下发送脉冲的形式的高频带宽电磁波，电磁波在地下介质传播过程中遇到介电常数有差异的目标会产生的衍射和反射。通过接受电磁波反射，并加以分析其波形、强度等信息推断出地下信息。作为一种无损、高效、准确的探测方式被广泛应用在道路病害检测中。

阵列探地雷达通过使用多条测线并列的B-scan扫描方式，同时获得一定宽度内的多个雷达剖面，并在剖面之间选取相同的深度通过横向插值成像，构造深度切片即C-scan。从而构建地下空间的三维数据体，能够更加直观地展现地下空间信息。取样、插值和三维数据体的构建决定了最终切片成像的效果。结合车载阵列雷达的使用场景，其对成像的实时性也有一定的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种阵列探地雷达三维切片的实时成像方法，通过F-K偏移对电磁波绕射能量进行汇集，按照一定的降采样系数k对各测线的B-scan数据进行降采样。再使用BiCubic插值算法对各测线之间进行横向插值，从而构建地下空间三维数据体。最后根据成像需求，从B-scan和C-scan两个角度展现地下空间信息。本方法能够满足车载探地雷达成像的实时成像需求，有效地提高了判别地下目标的准确率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

S1：阵列探地雷达三维切片实时成像，具体步骤如下：

S11：对雷达数据进行F-K偏移，其公式为：

其中u(x,z,t)为时间域波场，为时间域波场u的二维傅里叶变换，k_x为x方向上的空间波数，深度为z，t为时间。

t＝0时刻的波场值就是偏移结果，即：

其中ω为角频率，v为波速。

S12：设置降采样系数k，即每隔k点取一个值，采样系数的设置原则如下：

采样系数的设置与探地雷达最大探测深度h，垂直分辨率△d和采样点数N有关需满足：

即采样间隔不能大于最小分辨率，否则将会导致细节信息的丢失。

S13：对S11中处理好的B-scan数据按降采样系数k进行降采样。