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浅地层探地雷达波速估计和成像方法的研究

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资料介绍

摘要 在分析探地雷达图像特点的基础上,将图像处理方法应用于雷达波速估计和合成孔径成像,提出了基于模板匹配的浅地层探地雷达波速估计方法和基于图像分割的快速合成孔径成像方法;实测数据的处理结果验证了该方法的可行性和有效性。

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28 11 期  
2006 11 月  
电 子 与 信 息 学 报  
Vol.28No.11  
Nov.2006  
Journal of Electronics & Information Technology  
浅地层探地雷达波速估计和成像方法的研究  
胡进峰  
孔令讲  
周正欧  
(电子科技大学电子工程学院  
成都  
610054 )  
摘 要 在分析探地雷达图像特点的基础上,将图像处理方法应用于雷达波速估计和合成孔径成像出了基于模板  
匹配的浅地层探地雷达波速估计方法和基于图像分割的快速合成孔径成像方法测数据的处理结果验证了该方法  
的可行性和有效性。  
关键词 探地雷达,模板匹配,波速估计,合成孔径  
中图分类号TN959.71  
文献标识码A  
文章编号1009-5896(2006)11-2003-04  
Research on Wave Velocity Estimation for Ground Penetrating Radar  
Hu Jin-feng  
Kong Ling-jiang  
Zhou Zheng-ou  
(College of Electronic Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China)  
Abstract The estimation of the wave velocity underground and synthetic aperture imaging are two of the key issues in  
the research of ground penetrating radar (GPR). In this paper the image processing methods are introduced into the GPR  
velocity estimation and synthetic aperture imaging based on the characteristic of the GPR image. A new GPR velocity  
estimation method is proposed based on template matching and the fast synthetic aperture imaging method is proposed  
based on the image segmentation. The experimental result shows that the methods proposed are effective.  
KeSurface penetrating radar, Template matching, Wave velocity estimation, Synthetic aperture  
1
引言  
探地雷达广泛应用于国防和国民经济建[14] 。对地下  
目标定位是探地雷达的基本功能和主要用[1] 测  
地下电缆、水气管道,探测地雷等,需要准确的确定目标位  
置,波速估计是目标准确定位的基础。  
探地雷达探测地雷等目标时,目标图像呈双曲线,且对  
于一定埋深的目标曲线的形状由波速决[2] 此可以  
用不同的波速生成回波模板,然后用模板来匹配雷达图像,  
与雷达图像匹配最好的模板所对应的波速就是雷达波速。  
探地雷达通过合成孔径成像来提高分辨率,基于微波全  
息成像的合成孔径方法能获得较好的分辨率,但处理速度较  
[3,4] 。本文在合成孔径运算前先用域值方法分割雷达图  
1 目标和雷达之间的几何关系示意[4,8]  
Fig.1 GPR imaging configuration  
这种假设更加合[2] 。设天线位置是 Xr = (xr , yr ,0) ,目标  
X = (x, y, z) 处,从目标到天线的距离l [8]  
:
l = X Xr  
=
(x xr )2 + (y yr )2 + z2  
(1)  
(2)  
[6,7] ,将目标图像从背景图像中分割出来,从而得到一种  
则脉冲回波的响应时t(x) 为  
快速的全息合成孔径成像方法。最后用实验数据验证了所提  
方法的可行性和有效性。  
t(x) = 2l v = 2 (x xr )2 + (y yr )2 + z2  
v 是电磁波在介质中的传播速度。  
v
2
探地雷达图像特[2,8]  
(2)说明目标的雷达回波图像是双曲线线形状由目  
标深z 和波v 决定。设双曲线顶点的回波延时t0 ,则  
目标深度为  
探地雷达数据A 扫描B 扫描C 扫描三种形[4] 。  
如图 1,假设雷达收发天线共置。雷达在地面上某一点探测  
得到一A 扫描数据达沿水平方向移动探测得到二B  
扫描数据邻的多B 扫描数据组成一C 扫描数据水  
平轴和垂直轴分别指示目标的水平位置和用采样点表示的  
深度。假设介质是均匀的,因此波速是常数,对浅地层目标  
z = t0v 2  
(3)  
3
波速估计方法  
由于波速只能在一定范围内变[1] 此对于雷达图像  
中某一确定的目标,可以用试验波速生成曲线模板,然后用  
模板来匹配目标的雷达图像,匹配最好的模板对应的波速就  
2005-03-02 收到, 2005-08-19 改回  
 

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