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正文摘录:

张春城等：实现浅地层探地雷达快速合成孔径成像的一种有效方法目标回波数据在整个回波数据中的分布区域，并只用目标回波分布区域内的数据参与合成孔径成像运算，从而排除非目标回波数据对合成孔径成像的影响，减少合成孔径运算量，实现快速合成孔径成像。所提方法简单可靠、易实现，通过对实测数据进行处理，获得了很好的合成孔径成像效果，而处理速度与普通实现方法相比有了极大的提高。2探地雷达微波全息成像原理[4·。]本文所提的快速算法针对的是基于微波全息成像的合成孔径成像方法，这里简要介绍微波全息成像原理。大多数探地雷达的工作方式都是发射天线和接收天线水平放置，沿着水平方向移动进行工作。当收发天线共置时，收发天线和目标之间的几何关系如图1所示。收发天线图1探地雷达进行探测的简单示意图假设天线位置是X，一(z，，弘，O)，在X，点接收的目标回波记为r(x，，f)，则在一系列接收点{x，}接收到的信号集为{r(X，，￡)}。则由费聂耳和基尔霍夫的衍射理论和球面波在介质中的传播特征可得0j：r(X∥)一瓤等舭∥(卜罟mdy(1)cos忙丽÷两一手(2’其中“’(￡)是发射脉冲“(￡)的一阶偏导数。u是电磁波在介质中的传播速度。x一(z，y，z)是目标表面的点，z—lx—x，l是天线和目标表面反射点之间的距离，口是电磁波入射方向与入射点处目标表面法线方向的夹角，p(x)是目标表面s的反射波幅度。通过推导可得”j：r(X√)一瓤声则∥(卜罟№曲(3)图像重建意味着从“(￡)和{r(x，，t)}实现对p(x)的估计。成像的基本原理是计算所有的回波信号和一个测试函数的相关，即：6(x)一…r(x，，f)矗(x—x，，￡)dfdz，d弘(4)其中X一(z，y，z)是图像点的坐标向量；r(x，，￡)是在x，所接收的信号；^(x，f)是测试函数；6(x)被称为图像函数，也就是最终的合成孔径图像。假设天线只沿着z方向进行移动，定义：112训(x，，f)一l_一，-(x，，r)矗·。一Ddr(5)其中矗，(f)为完成方位向压缩的测试函数因子。对浅地层探地雷达，多使用单周期窄脉冲超宽带雷达，因而不做距离向脉冲压缩。从而对于只做方位向压缩的情况，根据文献[5]的推导可将式(5)简化为：6(x)一r。。叫(x，，盟茎二茎：{、x—x.(6)式(6)即为合成孔径成像公式。3浅地层探地雷达回波数据特点分析及所提快速孔径成像方法探地雷达回波数据有A—scan，B—scan，C—scan三种形式。如图1所示，当探地雷达在地面沿同一个水平方向移动，在不同的位置采集数据，则每个位置采样得到的数据为A—scan，该水平方向所有A—scan就组成了一个B—scan。沿另外一个水平方向在不同起始点重复进行上述过程就得到一系列的B—scan，这一系列的B—scan组成一个C—scan嘲。近年大多数探地雷达合成孔径方法针对的都是B—scan数据，本文也是针对B—scan数据，对于B—scan数据所形成的探地雷达图像，地下目标在其中成双曲线‘“。一个B—scan数据是一个M行，N列的二维矩阵，其中M为每个A—scan的采样点数，N为A—scan的个数。地下目标在B—scan数据所形成的探地雷达图像中成双曲线，目标回波在B—scan数据所形成的探地雷达图像中成双曲线。目标回波在B—scan数据来说，有目标回波的A—scan能量较大，无目标回波存在A—scan能量较小，故本文提出通过比较各A—scan能量大小的方法来判定目标回波在列上的分布。判断出目标回波在行与列上的分布，也就确定了目标回波在B—scan数据中的分布区域，只用该区域数据参与合成孔径成像运算，就排除了非目标回波数据对合成孔成像的影响，实现了快速合成孔径成像。具体实现步骤与分析如下：(1)对探地雷达原始B—scan数据做去除杂波的处理，这是探地雷达信号处理通常所做的第一步操作，本文用均值法去杂波0]，其数学表达式：1三x…(j)一x，(j)一音2jx：(忌)i一1：M·j一1：N(7)』V^一1其中M，N分别是B—scan数据的总行数与总列数，X，(i一1，…，M)为行向量。均值法去杂波是探地雷达中常用的方法，式(7)所表示的是探地雷达原始每一个数据都减去该数据所在行的均值，因而去除杂波后的各行数据的方差特性与原始数据相同，都是有目标回波存在的行中的数据差别较大，无目标回波存在的行中的数据差别较小。在A—scan能量方面，同样都是有目标回波的A—scan能量较大，无目标回塑堋／弥蓼