[发明专利]一种基于电磁声雷达的地雷探测方法和系统

说明书

本发明提出一种基于电磁声雷达的地雷探测方法，包括以下步骤：S1，向探测目标区域持续发射超声波，使探测目标物表面发生微振动；S2，向探测目标区域发射单频电磁波，并接收回波信号；S3，分析回波信号，提取回波信号的频谱特征，获得特征数据；S4，应用所获得的特征数据集训练分类器模型；S5，应用训练好的分类器模型探测目标区域的潜在目标。本发明还提出对应的系统。本发明利用超声波激励目标物表面，使回波信号携带了地雷的特征属性，通过数据处理与特征分析，实现地雷探测。该方法降低了地雷探测的虚警率，提高了探雷种类的鲁棒性以及探雷过程的安全性。

技术领域

本发明属于地下埋藏物体探测技术领域，尤其涉及一种基于电磁声雷达的地雷探测方法和系统。

背景技术

地雷主要被用作构成地雷场，以完成对敌人活动范围的限制，甚至对敌人进行致命打击和破坏其技术装备。地雷的打击目标不仅局限于士兵，其打击更多的是具有重要战略意义的目标如坦克、运输车辆等。

排雷的前提是探雷，目前探雷技术主要包括低频电磁感应探雷技术、声学探雷技术、红外成像探雷技术等，这些技术各有其优缺点和使用限制，存在可靠性差、虚警率较高和使用条件限制等问题。例如，当地雷的掩埋深度在距离地面几十厘米甚至一两米的位置时，传统的红外成像探测或者激光探测都无法实现探雷。又例如，传统的铁制地雷容易被金属探测器探测识别，但随着技术水平的不断发展，出现了除金属外的塑料、陶瓷等各种材质的地雷，它们可以轻松躲避探测器的识别。

发明内容

针对上述问题，本发明第一方面提出一种基于电磁声雷达的地雷探测方法，包括以下步骤：

S1，向探测目标区域持续发射超声波，使探测目标物表面发生微振动；

S2，向探测目标区域发射单频电磁波，并接收回波信号；

S3，分析回波信号，提取回波信号的频谱特征，获得特征数据；

S4，应用所获得的特征数据集训练分类器模型；

S5，应用训练好的分类器模型探测目标区域的潜在目标。

上述方案利用超声波激励目标物表面，使回波信号携带了地雷的特征属性，通过数据处理与特征分析，实现地雷探测。该方法并不受地雷的材质限制，因此能够适用于多种材质的地雷探测，并识别地雷种类。

进一步地，S3的频谱特征包括多普勒频移特征和幅度调制特征。

又进一步地，S3中根据下式提取回波信号的多普勒频移特征：

其中，d_V为目标物表面微振动幅值，ω_V为振动的角频率，ω_RF为单频电磁波的角频率，λ_RF为电磁波信号的波长。

优选地，S3中分析回波信号包括采用缺失信号附近信号的数值平均补充缺失信号。相对于采用回归曲线拟合等补充空值的方法，取平均的方法能够大大增加处理速度，同时保留数据特征。

优选地，S3中分析回波信号包括舍弃冗余数据，通过快速傅里叶变换获得回波信号的频谱图。

优选地，S1超声波的频段为40kHz；S2单频电磁波频段为1GHz；S3还包括舍弃超声波频段的数据，以20-39kHz和41-60kHz频段数据为特征数据。

进一步地，S4采用随机森林算法训练分类器模型，具体包括：

S41，通过Bootstrap方法，从特征数据中有重复地选出m个样本；

S42，基于地雷的多特征样本库，对m个样本建立分类器；

S43，重复执行n次S41-S42，获得n个分类器；