《陣列天線探地雷達對分層媒質中淺目標成像方法的研究》是依託中南大學，由雷文太擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：陣列天線探地雷達對分層媒質中淺目標成像方法的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：雷文太
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
陣列天線探地雷達套用於道路探測、建築物質量評估和地下管線探測是當前的一個研究熱點。其中的關鍵技術是陣列天線掃描下分層媒質中淺目標的高分辨成像，它嚴重製約著探地雷達的有效套用。本項目以此為研究目標，從淺目標的電磁參數反演和強散射中心的高分辨成像兩個方面展開研究。對體散射型目標，分析電磁波在分層媒質中的傳播特性，設計合適的窗函式對非均勻採樣數據進行加權處理，建立散射數據與目標函式間的譜域映射關係，實現快速成像。對散射中心型目標，設計加權因子對散射回波進行校正處理，包括針對背景媒質的非線性校正和針對時延曲線處散射回波的線性校正，再進行成像運算。進一步地，當背景媒質電磁參數未知時，運用壓縮感知理論建立背景媒質電磁參數和目標成像結果的聯合反演處理框架，研究聯合字典矩陣和隨機採樣矩陣的生成方法以及最佳化問題的建立和求解方法，實現未知背景媒質電磁參數下的高分辨成像。並用仿真和實測數據進行方法驗證。
結題摘要
在國家自然科學基金委員會的資助下，項目組開展了陣列天線探地雷達對分層媒質中淺層目標的高分辨成像方法研究。發表了8篇論文，其中SCI檢索2篇，EI檢索4篇，ISTP檢索1篇，申請了6項國家發明專利，其中已有3項獲得授權。主要研究成果如下： （1）提出了一種探地雷達多尺度後向投影成像方法 首先對整個成像區域進行大尺度粗格線成像，獲得目標的大致位置。然後對目標的大致位置範圍進行小尺度精細格線劃分並成像，其他區域的小尺度成像結果直接用相應位置處的大尺度成像結果填充。該成像方法一方面保證了目標區域範圍內的精細成像，另一方面大大降低了整個成像過程的運算量。 （2）提出了一種探地雷達加窗加權後向投影成像方法 傳統的基於整個掃描長度的時延曲線上散射回波的加權成像存在誤差。為提高成像質量，提出了加窗加權的後向投影成像方法。該方法對某個成像單元進行成像處理時，僅對該成像單元對應的有效範圍內的散射數據進行加權相加處理，避免了傳統方法對整個掃描範圍內散射數據的加權處理，提高了成像質量。 （3）提出了一種探地雷達加窗距離偏移成像方法。 提出了GPR陣列天線加窗距離偏移成像方法，首先對原始雷達記錄剖面進行預處理，逐列進行加窗和一維傅立葉變換。然後進行空間維的加窗和一維傅立葉變換。窗函式的中心點根據各列能量值最大值所在的空間採樣點而定；最後進行譜域填充和二維逆傅立葉變換，得到二維成像結果。 （4）提出了一種探地雷達多尺度加窗加權後向投影成像方法。 首先對整個成像區域進行大尺度粗格線成像，獲得目標的大致位置。成像過程中，採用加窗加權的後向投影因子替代原有的後向投影因子。然後對目標的大致位置範圍進行小尺度精細格線劃分並成像。多尺度成像保證了成像處理的快速和實時性，加窗加權因子保證了成像結果的高解析度。 以上所研究的成像方法，分別運用仿真和實測數據進行了實驗驗證。實驗結果表明：與現有的成像方法相比，成像質量顯著提高，成像處理的運算量大幅降低，從分辨力和成像速度兩個方面提高了GPR數據處理的能力。該項目的研究，對推動GPR信號處理技術的發展具有重要的理論價值，對提高GPR的套用能力具有重要的現實意義。
