[发明专利]基于后向投影的MIMO探地雷达三维成像方法

权利要求书

1.一种基于后向投影的MIMO探地雷达三维成像方法，包括：

步骤S1，搭建探地雷达系统；

步骤S2：采集回波数据并去除直达波；

步骤S3：对采集的数据中的电磁波传播损耗进行补偿；

步骤S4：对步骤S3后的数据进行加强处理，完成对待测目标的三维成像；

步骤S5：对三维成像结果的有效性进行验证；

步骤S3中，对电磁波传播损耗进行补偿后可以得到对应于第i个发射天线T_i(x_Ti，y_Ti，z₀)和第j个接收天线R_j(x_Rj，y_Rj，z₀)的加强的回波信号s(x_Ti，y_Ti，x_Rj，y_Rj，t)的表达式：

其中，O代表目标所在的空间区域，σ(x，y，z)为目标的散射系数，p(t)为雷达系统发射的窄脉冲信号，dxdydz为对x，y，z求积分，R_Ti代表发射天线T_i到目标空间内某一散射点(x，y，z)的距离，R_Rj代表接收天线R_j到目标空间内某一散射点(x，y，z)的距离，v表示电磁波在介质中传播的速度，t探测时间，a为反映导电介质吸收电磁波能量的衰减常数；

所述步骤S4，包括：

子步骤S41：将成像区域划分为M×N×K个网格；其中M、N、K取值均在100至500之间；

子步骤S42：计算网格中目标点对应于收发天线的传播延时后，进而得到对应的天线对回波数据的散射响应；

子步骤S43：对子步骤S43所得到的回波数据的散射响应进行加强处理，完成对待测目标的三维成像；

子步骤S43中，对于网格中坐标为(x_m，y_n，z_k)的目标点，根据天线对的位置为不同天线对的回波信号添加相应的权重，由此可以得到加强后的散射响应为：

其中，I为发射天线数量，J为接收天线数量，T为探地雷达时间窗长度，δ()为冲激函数，w_ij为第i个发射天线和第j个接收天线组成天线对的回波信号权重，加上该项权重使每个接收天线通道的直达波幅度相同；设E_max＝max(E_ij)；其中，E_ij代表第i个发射天线和第j个接收天线组成天线对的回波信号直达波幅度，则进一步对成像区域内所有的网格进行聚焦处理，即可实现对目标的三维重建。

2.根据权利要求1所述的基于后向投影的MIMO探地雷达三维成像方法，R_Ti的表达式为：

3.根据权利要求1所述的基于后向投影的MIMO探地雷达三维成像方法，R_Rj的表达式为：

4.根据权利要求1所述的基于后向投影的MIMO探地雷达三维成像方法，在均匀介质中，距离发射天线r处的电磁波振幅A可以表示为：

其中，A₀为发射天线发射电磁波的初始振幅，a为反映导电介质吸收电磁波能量的衰减常数，t₀为电磁波传播的时间，r为距离参数值。