[发明专利]基于后向投影的MIMO探地雷达三维成像方法

说明书

本公开提供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。本公开所述三维成像方法能够缓解现有技术中标准后向投影成像方法中没有考虑到介质对电磁波的衰减，不同位置的接收天线接收到的信号幅度不同导致同一目标在不同天线回波中的幅度也不一致等技术问题。

技术领域

本公开涉及雷达探测成像技术领域，尤其涉及一种基于后向投影的MIMO探地雷达三维成像方法。

背景技术

地下空间的开发和城市道路的建设，改变了地质平衡和水动力循环条件，造成了地下水位下降、水土流失、地表沉降等现象，同时也会形成地下空洞，进而对城市地下空间基础设施造成损坏。城市地下空间基础设施主要包括城市道路、城市管网等，近年来城市道路病害和管线病害导致的地陷事故频发，给人民群众的生命财产造成了很大的损失。

传统检测地下目标的方法主要有机械开挖和钻孔取样等方法，这些方法不仅会破坏路面而且效率低下、成本较高。探地雷达(Ground Penetrating Radar，GPR)作为一种新兴的探测地下目标的方法，可以兼顾探测深度和空间分辨率，具有高分辨率、无损检测、效率高、抗干扰能力强等优点，道路检测、城市基础设施探测、隧道检测、矿产勘探、水利工程探测、考古探测、冰层和冻土探测、地雷探测和行星探测等领域有着广泛的应用。探地雷达又称为地表穿透雷达，是利用电磁波在地下介质的电磁特性不连续处产生的反射和散射实现前表层成像、定位进而定性或者定量地辨识地表中的电磁特性变化，实现对表层下目标的探测。探地雷达的工作原理为：发射天线向地下发射电磁波，电磁波在地下传播遇到电磁特性不同的界面时会发生反射和折射，接收天线接收电磁回波并传给上位机或者在嵌入式处理器进行处理。对于探地雷达采集到的数据可以用一维、二维、三维成像方式呈现给探测人员，一维回波信息量不够，根据回波的峰值点我们只能确定目标和雷达之间的距离，可以用于探测地下介质分层情况；二维成像结果是三维成像结果的一个剖面，信息量较一维回波多，当二维剖面的测线与地下目标倾向斜交时，从测线正下方目标界面来的反射信号就不在剖面之内，反过来对于不在剖面的反射点却可以记录到，从而造成了二维剖面与实际地下构造的不一致，三维成像结果不仅能解决二维成像结果中的这个问题，并且相对于二维成像结果更加直观、可视化更好，便于详细的了解地下目标的分布，能够降低探测目标解译的难度。所以三维成像算法对于探测地下空洞、管线等探测目标的埋藏深度、几何形状等信息的获取有很重要的意义。MIMO探地雷达可以并行的获取多通道信息，相对于单站雷达获取三维成像数据更快捷方便，性能更好。

后向投影(Back Projection，BP)方法由于其原理简单、易于实现和精度高等优点，被广泛的应用于雷达成像。但传统的标准BP成像方法没有考虑到介质对电磁波的衰减，另外就MIMO探地雷达系统而言，不同位置的接收天线接收到的信号幅度不同，所以同一目标在不同天线回波中的幅度也不一致，上述两种因素都会导致最后的成像不能真实的反映地下环境。目前对传统BP成像方法的改进工作主要集中于减少BP成像方法中计算量和加快BP成像算法的运行速度，关于如何解决这两个问题尚未得到充分的研究。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种基于后向投影的MIMO探地雷达三维成像方法，以缓解现有技术中标准后向投影成像方法中没有考虑到介质对电磁波的衰减，不同位置的接收天线接收到的信号幅度不同导致同一目标在不同天线回波中的幅度也不一致等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供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；