[发明专利]多发多收雷达的折射光路确定方法和成像方法

说明书

本发明提供了一种多发多收雷达的折射光路确定方法。该多发多收雷达的折射光路确定方法包括：根据雷达的探测剖面区域，在预设坐标系中得到雷达成像的范围矩阵，范围矩阵中包括多个散射体；针对每一个散射体，计算与散射体对应的单侧光程信息，得到多个散射体的单侧光程信息；以及根据多个散射体的单侧光程信息，确定折射光路；其中，单侧光程信息为电磁波从天线位置传播到散射体的时间延迟信息；与散射体对应的单侧光程信息包括与散射体对应的每个天线的单侧光程信息。本发明还提供了一种成像方法。

技术领域

本发明涉及数据处理领域，更具体地涉及一种多发多收雷达的折射光路确定方法和成像方法。

背景技术

多发多收的阵列式探地雷达是通过使用多个接收天线和发射天线组成天线阵列，形成多个基线对次表层进行探测的雷达探测方式。相较于传统单发单收的探测方式，阵列式雷达可以在一次探测中获取多基线的探测数据，从而在条件有限的情况下完成对相关区域的探测。

月壤结构探测仪(LRPR，Lunar Regolith Penetrating Radar)是一种典型的阵列式探地雷达。该雷达搭载于嫦娥五号着陆器，是首次应用在地外天体探测领域的阵列式探地雷达。LRPR搭载于嫦娥五号着陆器底部，受限于着陆器系统不可自主在月表移动的特性，LRPR需要保持静止在月面进行探测，因此LRPR采用十二个超宽带Vivaldi天线构成多发多收的天线阵列。这其中第一至第十号天线呈直线分布，第十一号天线和前十号天线共水平面(高度相同)，第十二号天线则是单独位于另一个高度。在同一时间，系统可以选择任意两个天线结对进行发射、接收，通过对收发天线排列组合，共可以获取132条基线，一次对天线阵列下方区域的月球次表层结构的探测和成像。

普通的单发单收探地雷达进行探测时，天线之间的相对几何关系时不变的，雷达对一片区域的探测是通过移动雷达本身达成的。固定的天线相对位置使得雷达图各个单道数据的时间延迟代表的意义是相同的，也就是说，不同单道数据的相同的时间延迟对应的是雷达不同探测位置的相同深度的探测信息。因此，此时若直接将单道数据排列成雷达图，就可以获得直观的次表层结构信息。有别于这种普通的雷达图，由于月壤结构探测仪多发多收、天线分布不均匀的特性，其单道数据之间收发天线的几何关系不同，使得各单道数据时间延迟和次表层散射体位置的关系不确定。在进行雷达探测后，为获取人可以解读的次表层结构图，还需要对雷达探测数据进行成像处理。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种多发多收雷达的折射光路确定方法和成像方法。

根据本发明的第一个方面，提供了一种多发多收雷达的折射光路确定方法，包括：根据雷达的探测剖面区域，在预设坐标系中得到雷达成像的范围矩阵，所述范围矩阵中包括多个散射体；针对每一个散射体，计算与散射体对应的单侧光程信息，得到多个散射体的单侧光程信息；以及根据所述多个散射体的单侧光程信息，确定折射光路；其中，所述单侧光程信息为电磁波从天线位置传播到散射体的时间延迟信息；所述与散射体对应的单侧光程信息包括与散射体对应的每个天线的单侧光程信息。

根据本发明的实施例，所述预设坐标系是通过以下方式得到的：设定所述雷达所探测区域的真空与土壤分层模型；以及基于所述真空与土壤分层模型，根据探测区域和天线位置建立所述预设坐标系。

根据本发明的实施例，所述多发多收雷达的折射光路确定方法还包括：基于光程最短原理计算所述与散射体对应的单侧光程信息。

根据本发明的第二个方面，提供了一种成像方法，包括：获取折射光路，所述折射光路包括光程信息的集合，所述光程信息包括与每个天线对应的单侧光程信息；根据所述光程信息的集合，确定多个电磁波的传播延迟信息；根据所述多个电磁波的传播延迟信息，得到对齐后的多个散射体信号；以及根据所述对齐后的多个散射体信号，利用交叉相关的方式，生成目标图像；其中，所述折射光路是利用本发明提供的方法得到的。