專利名稱：一種基于能量點聚類的探地雷達雜波抑制方法
一種基于能量點聚類的探地雷達雜波抑制方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于探地雷達成像技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種基于能量點聚類的探地雷 達雜波抑制方法。
背景技術(shù)：
探地雷達現(xiàn)已廣泛應用在市政建設(shè)、資源勘查、水利建設(shè)以及考古等相關(guān)領(lǐng) 域。
探地雷達利用一個發(fā)射天線發(fā)射高頻寬頻帶電磁波，并通過另一個天線接收來 自介質(zhì)界面的反射波。當電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁場強度及波形、相位等 隨所穿越介質(zhì)的電磁特性及幾何形態(tài)而變化。因此，通過檢測回波時間、幅度、相位等 參量，解譯出目標深度、介質(zhì)特性及結(jié)構(gòu)等信息。在數(shù)據(jù)可視化上，可運用數(shù)字圖像的 恢復與重建技術(shù)，對地下目標進行成像處理，以期達到對地下目標真實和直觀的顯示效果。
探地雷達成像結(jié)果的性能指標受雜波的影響很大，所以雜波抑制處理非常重 要。雜波的有效抑制是成像、檢測、目標識別等成功應用的根本保證。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于能量點聚類的探地雷達雜波抑制方法，以克服現(xiàn) 有技術(shù)中的缺陷。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的基于能量點聚類的探地雷達雜波抑制方法，其 主要步驟為
1)將雷達時域采樣信號分割成若干個波峰段；
2)將各個波峰段用自身的能量點代替；
3)雜波的時域抑制。
其中，步驟1中的波峰段分割點的位置是時域采樣信號一階導數(shù)值大于某個閥 值V的時間軸上的位置。
其中，對時域采樣信號的一階差分絕對值排序，取其最大10% —階差分絕對值 的平均值，閥值V為該平均值的2倍。
其中，步驟2中的代替波峰段的能量點的含義是“這個能量點的位置是該波 峰段的重心位置在時間軸上的投影，能量點的能量值為該波峰段的能量大小”。
其中，步驟3中的雜波的時域抑制的依據(jù)是，目標回波的能量點序列是呈現(xiàn)明 顯的單峰狀，雜波的能量點序列是隨機波動的。
由于本發(fā)明采用能量點序列進行判斷并抑制雜波，所以對介質(zhì)不均勻，地表起 伏，目標回波畸變等特殊情況不敏感。所有操作都在時域上，對頻域上目標回波與雜波 時域頻域完全重疊的情況有很好的效果。這是因為目標回波與雜波重疊時其波峰被保留 的可能性很大，可以被檢測成波峰段。同時，該方法不會有像感興趣目標(ROI)檢測方法那樣對B-scan圖像質(zhì)量的依賴。實驗數(shù)據(jù)表明該方法有很好的結(jié)果，理論分析說明該 方法能夠提高27dB的信雜比。


圖1為原始探地雷達B-scan圖2為本發(fā)明探地雷達時域采樣信號波峰段分割原理圖3為本發(fā)明將波峰段等效為能量點后的B-scan圖4為本發(fā)明中目標與雜波的能量點序列分布差異；
圖5為本發(fā)明雜波抑制后的B-scan圖6為本發(fā)明雜波抑制后的三維圖7為本發(fā)明探地雷達時域采樣信號波峰段分割流程示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明能夠準確分割時域信號的波峰段，并用該波峰段的能量點來等效該波峰 段。目標和雜波有著不同的能量點序列分布。由此，可以找到雜波對應時域位置，對其 相應時域進行衰減。
本發(fā)明的方法主要分成三步(請同時參閱圖7所示)
1)能量點分割由于探地雷達時域信號大趨勢上可以認為是波峰波谷的交替出 現(xiàn)(步進脈沖體制，經(jīng)過脈沖壓縮后，目標也是波峰形狀)。我們將B-Scan深度方向的 信號分成若干個波峰段，每個波峰段的能量集中到“能量點”上。
2)能量點聚類如果水平方向相鄰采樣道有兩個波峰段是由同一回波實體(可 以是淺地表分界層或是目標物體)產(chǎn)生的，則它們波峰段能量點重心的深度方向位置非 常接近?；诖?，對各個目標實的能量點進行聚類，并按照水平順序生成類的能量點序 列。能量點序列記錄了該回波實體在各天線位置采樣道上對應波峰段的能量值，實現(xiàn)了 一個類對應一個目標實體。
3)雜波的時域抑制由于天線位置的原因，對于目標實體從遠到近，再由近到 遠，可以認為能量點序列是呈現(xiàn)明顯的單峰狀，雜波的能量點序列是隨機波動的，在極 少數(shù)情況下會呈現(xiàn)出單波峰狀但是其陡峭度不大?；诖颂匦钥梢耘袛喑鲭s波，并對其 所在的時域波峰段進行衰減。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明加以詳細說明，應指出的是，所描述的實施例僅旨在 便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。
本發(fā)明研制出基于能量點聚類的探地雷達雜波抑制方法。探地雷達時域信號波 峰段等效為能量點后，雜波和目標有著不同的能量點序列分布，由此分辨出雜波，對其 衰減，達到雜波抑制的目的。
如圖1所示，原始探地雷達B-scan圖像中目標被雜波所淹沒。
如圖2所示，該方法對時域采樣信號進行分割獲取波峰段。搜索時域信號一階 導數(shù)值大于某個閥值V的時間軸上的位置作為波峰段分割點。該方法能很好地分割探地 雷達信號波峰段。對時域采樣信號的一階差分絕對值排序，取其最大10%—階差分絕對 值的平均值。閥值V為該平均值的2倍。
如圖3所示，將分割得到的各個波峰段用其本身的能量點代替。能量點的含義 是“這個能量點的位置是該波峰段的重心位置在時間軸上的投影，能量點的能量值為該 波峰段的能量大小”。由圖可見處理分辨率得到提高。
如圖4所示，能量點代替波峰段后的B-scan圖。依據(jù)圖3，我們能對各個回波 體(包括目標和雜波)進行聚類。由圖4可知目標回波的能量點序列的分布是呈峰狀的， 而雜波的能量點序列的分布是呈隨機起伏狀的。我們可以通過此特性來分辨出雜波和目 標。
圖5為對雜波進行衰減后的結(jié)果?？梢娡瓿呻s波抑制后，可以獲得清晰的目 標。
圖6為圖5的三維圖，雜波抑制效果好，結(jié)果更加清晰。
以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于 此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都 應涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求書的保護范 圍為準。
權(quán)利要求
1.一種基于能量點聚類的探地雷達雜波抑制方法，其主要步驟為1)將時域采樣信號按照波峰段進行分割；2)將各個波峰段用其本身的能量點代替；3)雜波的時域抑制。
2.如權(quán)利要求1所述基于能量點聚類的探地雷達雜波抑制方法，其中，步驟1中的波 峰段分割點指的是時域采樣信號一階導數(shù)值大于某個閥值V的時間軸上的位置。
3.如權(quán)利要求2所述基于能量點聚類的探地雷達雜波抑制方法，其中，對時域采樣信 號的一階差分絕對值排序，取其最大10%—階差分絕對值的平均值，閥值V為該平均值 的2倍。
4.如權(quán)利要求1所述基于能量點聚類的探地雷達雜波抑制方法，其中，步驟2中的用 來代替波峰段的能量點的位置是該波峰段的重心位置在時間軸上的投影，能量點的能量 值為該波峰段的能量大小。
5.如權(quán)利要求1所述基于能量點聚類的探地雷達雜波抑制方法，其中，步驟3中的雜 波的時域抑制的依據(jù)是，目標回波的能量點序列是呈現(xiàn)明顯的單峰狀，雜波的能量點序 列是隨機波動的。
全文摘要
一種基于能量點聚類的探地雷達雜波抑制方法，其主要步驟為1)將雷達時域采樣信號分割成若干個波峰段；2)將各個波峰段用自身的能量點代替；3)雜波的時域抑制。本發(fā)明引入能量點來代替接收時域信號的波峰段，使處理變得十分簡單有效。在能量點聚類后，對非目標類中能量點代表的時域段進行衰減，達到雜波抑制的目的。
文檔編號G01S7/02GK102023315SQ20091009388
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者劉小軍, 盧策吾, 吳世有, 方廣有 申請人:中國科學院電子學研究所