一種探地雷達的多通道數據實時融合方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及探地雷達數據處理領域，特別設及該領域中的一種探地雷達的多通道 數據實時融合方法。
【背景技術】
[0002] 探地雷達是用高頻無線電波來確定介質內部物質分布規律的一種探測方法。若用 探地雷達對一塊感興趣區域探測，要將區域劃分為等間距的測線，再沿每條測線進行等間 隔掃描，從而實現整個區域的覆蓋檢測。為了提高效率，降低操作難度，多通道探地雷達應 運而生。
[0003] 采用多通道探地雷達沿測線掃描1次，就能得到整個區域的多張雷達圖，實現了 對同一目標體不同頻率或不同角度的探測，利用多張雷達圖的相互印證，大大提高了探測 精度和效率。不足之處是；
[0004] (1)由于顯示器的尺寸限制，不可能同時顯示全部雷達圖，只能分別查看。對于孤 立目標或異常，只在部分通道上有所反應，就可能會漏檢。
[0005] (2)多通道數據相互獨立，數據間無法相互印證和校驗，容易誤判。
[0006] (3)掃描結束后經過處理，方可查看全部通道的雷達數據信息。但是不能滿足實時 要求，并且很難確定其具體位置，需要二次掃描。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的技術問題就是提供一種能將所有通道信息結合起來同時且實 時顯示的探地雷達多通道數據實時融合方法。
[000引本發明采用如下技術方案；
[0009] 一種探地雷達的多通道數據實時融合方法，其改進之處在于，包括如下步驟：
[0010] (1)根據天線中屯、頻率對各通道雷達數據進行帶通濾波，使原始數據中的噪聲降 到最低程度；
[0011] (2)確定系統時間零點，對各通道數據重新排列，對齊，從而消除觀測數據的時間 差，統一"時基"；
[0012] (3)確定坐標系原點，對各通道觀測數據坐標轉換，從而進行空間配準，否則會產 生目標位置誤差；
[0013] (4)計算各通道數據的信息滴，W便將原始數據中盡可能多的信息轉移到融合數 據中；
[0014] (5)采用加權平均的融合規則，進行融合估計，不僅能提高融合數據的信噪比，而 且能滿足實時處理的要求；
[0015] (6)計算增益曲線調節增益，使融合數據上各有效波的能量均衡。
[0016] 進一步的，所述步驟（1)中的帶通濾波器是用窗函數法設計的FIR濾波器，采用布 萊克曼窗函數，通帶頻率為妻/〇?尋充，其中f。為天線中屯、頻率。如果雷達數據質量較好，噪 聲較少，可省略此步。
[0017] 進一步的，所述步驟（2)中系統時間零點的確定方法為：比較各通道數據的時間 零點，把最小的那個時間零點當作系統時間零點，假定要把第C個通道在時間tj.的觀測數 據同步到系統時間零點t。上，有；X e(t。）= Xe(t廣t。）。
[001引進一步的，所述步驟（3)中選陣列天線的中屯、位置為坐標系原點。
[0019] 進一步的，所述步驟（4)中計算信息滴時，首先要對數據的幅度進行量化分級，其 次統計相應幅度級別內的數據點個數，然后根據其概率計算信息滴。
[0020] 進一步的，所述步驟巧）中根據當前數據信息滴與所有通道信息滴總和的比值確 定權系數，即含有信息量比較大的原始數據應該貢獻越大，權系數應該越大。
[0021] 進一步的，所述步驟化）中增益曲線的設計原則是能量大的反射信號，所乘的權 因子應該小；對于能量小的反射信號，所乘的權因子應該大，為了使反射波的記錄不會發生 失真，權函數因子隨時間的變化應該比較緩慢。若融合數據對比度較好，可省略此步。
[0022] 本發明的有益效果在于：
[0023] 本發明在探地雷達探測過程中對多通道數據實時融合，只需在雷達屏幕上顯示融 合數據結果，就可一次性查看所有通道數據信息。與現有的通過切換操作分別查看各通道 數據相比更加簡便、直觀。同時避免了由于未能逐一查看各通道數據而引起的漏檢，誤判情 況的發生。
[0024] 將全部通道數據集中在一張圖上顯示可W聯合判讀。假如不同通道在相同位置檢 測到了目標回波，那么經過多通道數據融合，可W進一步加強該信號，提高檢測準確性；假 如不同通道在不同位置檢測到了目標回波，那么經過多通道數據融合，可W把該些信號放 在一起比較，便于舉一反S。
[0025] 本發明采用的多通道數據融合方法簡單、快速，能夠實時處理，該樣就可W在掃描 的同時，大致確定目標位置，提高效率。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發明所公開的數據實時融合方法的數據處理流程圖；
[0027] 圖2為單通道雷達數據回波；
[002引圖3為圖2中數據對應的頻譜；
[0029] 圖4為圖2中數據進行帶通濾波后的頻譜；
[0030] 圖5為預處理后多通道雷達數據剖面；
[0031] 圖6為預處理后同一位置處的多通道雷達數據回波；
[0032] 圖7為多通道雷達數據回波融合結果；
[0033] 圖8為增益調節后的多通道雷達數據剖面的融合結果。
【具體實施方式】
[0034] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合實施例，對本發明 進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發明，并不用于 限定本發明。
[0035] 實施例1，圖1為本實施例整個信號處理流程圖，多通道探地雷達對目標區域探測 時，通常W距離觸發方式沿測線掃描。如果設定觸發距離為0. 36畑1，即每前行0. 36cm采集 一道雷達數據回波。單個通道采集的雷達數據回波如圖2所示，其中橫坐標表示采樣點數， 此例中為1024點，縱坐標表示幅度，是接收到的模擬回波信號經過量化后的等效幅度。因 為通道間相互獨立，所W不同通道的數據會有所差異，通常采集到的雷達數據回波不僅含 有目標信息而且含有系統噪聲和隨機噪聲。
[0036] 圖3是圖2雷達數據回波對應的頻譜，其中橫坐標表示頻率，縱坐標是幅度。該數 據對應天線的中屯、頻率為1500MHz，可W看到信號的主要能量集中在主頻附近，但是在低頻 段也存在大量噪聲。如果不加處理，該些噪聲參與運算會被進一步放大，直接影響融合結 果。
[0037] 圖4是圖2雷達數據回波經過帶通濾波后對應的頻譜。濾波器的通帶范圍是 750MHz?2250MHz，通帶范圍之外的能量被有效去除。
[003引本實施例選用3通道探地雷達沿60cm測線掃描，通道間距為10cm，即一次掃描能 探查30cm寬度的區域范圍。
[0039] 圖5是經濾波、時空校準后的1、2、3通道雷達數據剖面。其中橫坐標是距離，每前 行0. 36cm采集一道雷達數據回波，那么60cm長度的數據剖面就由167道數據回波構成。縱 坐標表示采樣點數。此時已經將各通道的時間零點調整到時窗零點。各通道水平方向的起 始位置和終止位置已經統一。因為各通道的時間零點和天線位置是固定的，因此可W將校 準參數記錄下來，在探測過程中實時操作。
[0040] 預處理后要計算各通道數據的信息滴，實際應用中為了滿足實時要求，是對單道 雷達數據回波進行運算，具體公式為：
[0041]
【主權項】
1. 一種探地雷達的多通道數據實時融合方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 根據天線中心頻率對各通道雷達數據進行帶通濾波，使原始數據中的噪聲降到最 低程度； (2) 確定系統時間零點，對各通道數據重新排列，對齊，從而消除觀測數據的時間差，統 一"時基"； (3) 確定坐標系原點，對各通道觀測數據坐標轉換，從而進行空間配準； (4) 計算各通道數據的信息熵，以便將原始數據中盡可能多的信息轉移到融合數據 中； (5) 采用加權平均的融合規則，進行融合估計； (6) 計算增益曲線調節增益，使融合數據上各有效波的能量均衡。
2. 根據權利要求1所述的探地雷達的多通道數據實時融合方法，其特征在于：所述步 驟（1)中的帶通濾波器是用窗函數法設計的FIR濾波器，采用布萊克曼窗函數，通帶頻率為
，其中fc!為天線中心頻率。
3. 根據權利要求1所述的探地雷達的多通道數據實時融合方法，其特征在于：所述步 驟（2)中系統時間零點的確定方法為：比較各通道數據的時間零點，把最小的那個時間零 點當作系統時間零點，假定要把第C個通道在時間\的觀測數據同步到系統時間零點t^ 上，有：Xc(t0) =Xc(tj-t0)〇
4. 根據權利要求1所述的探地雷達的多通道數據實時融合方法，其特征在于：所述步 驟（3)中選陣列天線的中心位置為坐標系原點。
5. 根據權利要求1所述的探地雷達的多通道數據實時融合方法，其特征在于：所述步 驟（4)中計算信息熵時，首先要對數據的幅度進行量化分級，其次統計相應幅度級別內的 數據點個數，然后根據其概率計算信息熵。
6. 根據權利要求1所述的探地雷達的多通道數據實時融合方法，其特征在于：所述步 驟（5)中根據當前數據信息熵與所有通道信息熵總和的比值確定權系數，即含有信息量比 較大的原始數據應該貢獻越大，權系數應該越大。
7. 根據權利要求1所述的探地雷達的多通道數據實時融合方法，其特征在于：所述步 驟（6)中增益曲線的設計原則是能量大的反射信號，所乘的權因子應該小；對于能量小的 反射信號，所乘的權因子應該大，為了使反射波的記錄不會發生失真，權函數因子隨時間的 變化應該比較緩慢。
【專利摘要】本發明公開了一種探地雷達的多通道數據實時融合方法，包括如下步驟：（1）根據天線中心頻率對各通道雷達數據進行帶通濾波；（2）確定系統時間零點，對各通道數據重新排列，對齊；（3）確定坐標系原點，對各通道觀測數據坐標轉換；（4）計算各通道數據的信息熵；（5）采用加權平均的融合規則，進行融合估計；（6）計算增益曲線調節增益。本發明在探地雷達探測過程中對多通道數據實時融合，只需在雷達屏幕上顯示融合數據結果，就可一次性查看所有通道數據信息。與現有的通過切換操作分別查看各通道數據相比更加簡便、直觀。同時避免了由于未能逐一查看各通道數據而引起的漏檢，誤判情況的發生。
【IPC分類】G01S7-41, G01S13-88
【公開號】CN104569947
【申請號】CN201510000947
【發明人】馮溫雅, 施興華, 費翔宇, 林楠, 張志文, 劉賢麟, 王成浩, 黃珊珊, 張晉
【申請人】中國電子科技集團公司第二十二研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月4日