[发明专利]一种探地雷达薄层目标识别定位方法

权利要求书

1.一种探地雷达薄层目标识别定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、从目标感兴趣区域中依次提取每一列为一个A-scan目标；对每一道A-scan雷达目标数据分别进行同步挤压短时傅里叶变换(Synchrosqueezing Short Fouriertransform)；

(2)、获取信号的时间频率能量信息图；

(3)、根据能量分布找出目标感兴趣区域；

(4)、根据时间频率能量信息图,测量薄层的厚度实现薄层目标的定位和识别。

2.根据权利要求1所述的一种探地雷达薄层目标识别定位方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：

1)、探地雷达信号为B-scan图像，提取图像的每一列从目标感兴趣区域中依次提取每一列为一个A-scan目标；

2)、先对信号进行短时傅里叶变换(STFT)，得到短时傅里叶变换后的系数：

其中b为时移因子，g(t)为固定窗函数；

令ψ(t)＝g(t)e^j2πft,式(1)可表示为：

其中为函数ψ(t)的复共轭；

根据Parseval定理以及Fourier变换性质中关于尺度变换和平移的规则,式(2)可以写为：

式中,x(ξ)是信号x(t)的Fourier变换,表示ψ(t)的Fourier变换的复共轭；先考虑信号为谐波的情况,取x(t)＝Acos2πf₀t.,则：

把式(4)代入式(3)得:

3)、计算信号s(t)的瞬时频率w_s(a,b)

由于因此信号x(t)的瞬时频率为：

显然,对于形如x(t)＝Acos2πf₀t.的单分量信号,由上式可得：

4)、经由压缩重组，得到同步挤压小波变换量值T_s(ω,b)

对于更一般的多分量信号且满足这里ψ'_n(t)表示ψ_n(t)的导数；由于短时傅里叶变换是线性变换,因此多分量信号x(t)的短时傅里叶变换结果可以表示为N个分量x_n(t)的S变换之叠加,即：

且

各个单分量的瞬时频率都可以由式(6)表示为：

那么,多分量信号x(t)的瞬时频率可表示为：

其中,δ为冲激函数，类似于同步挤压变换[1],为便于算法实现，将对频率区间的积分写成求和的形式；

信号x(t)的同步挤压短时傅里叶变换为：

其中,f_l是同步挤压变换后的频率，L_f是在短时傅里叶谱上以f_l为中心的频率区间半长度,f_k为短时傅里叶谱上频率区间的离散化频率样点,且Δf＝f_k-f_k-1该式表示把短时傅里叶谱上的频率区间[f_l-L_f,f_l+L_f]内的时频谱进行叠加放在频率f_l处，即把一个频率区间的短时傅里叶变换时频谱“挤压”到一个频率点上，从而使同步挤压短时傅里叶变换极大地提高了短时傅里叶变换的频率分辨率。

3.根据权利要求1所述的一种探地雷达薄层目标识别定位方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：

针对每一道A-Scan数据z_i,i＝1,...,m m为B-scan数据的道数，对每一个A-Scanz_i,i＝1,...,m进行同步挤压短时傅里叶变换，得到变换后的瞬时谱zf_i,i＝1,...,m，并将变换后的信号zf_i进行重新排列，获取信号的瞬时谱zf。

4.根据权利要求1所述的一种探地雷达薄层目标识别定位方法，其特征在于，所述步骤3)具体为：

信号的瞬时谱zf，测定信号瞬时谱的能量图的横向方差曲线图，根据方差曲线图的范围设定阈值，从而确定直达波区域。

5.根据权利要求1所述的一种探地雷达薄层目标识别定位方法，其特征在于，所述步骤4)具体为：

根据去掉直达波的时间频率能量信息图,该时间频率能量信息图具有很高的时频分辨率，因此在提取瞬时谱分量时，得到的分频剖面相对于其它几种时频分析方法，具有更好的分辨率，根据时间频率能量信息图中能量较大的地方确定薄层区域，结合薄层的厚度和时间分辨率可以识别出薄层的厚度，实现薄层目标的定位和识别。