一种用于多频多通道探地雷达的数据融合方法技术

本发明专利技术公开了一种多频多通道探地雷达数据融合方法，对于多频多通道探地雷达连续剖面扫描原始数据，通过对各通道数据进行扫描道零点校正、扫描道实测位置校正，得到在扫描剖面上对应位置的多频多通道雷达数据；将对应位置的各通道雷达扫描道数据分别进行时频分析，得到时频域的多通道雷达信号；再将不同通道的对应雷达扫描信号在时频域进行合成，即可在每个扫描道位置获得由不同通道合成的一道时频域的雷达数据；对合成的时频域雷达数据按扫描道依次通过逆时频变换，即可得时间域的多频融合雷达图像。该方法能有效融合多频多通道探地雷达数据，充分发挥多频多通道雷达信号具有较大勘探深度和较高分辨率的探测潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种用于多频多通道探地雷达的数据融合方法
本专利技术属于勘探地球物理数据处理领域，涉及一种用于多频多通道探地雷达的数据融合方法。
技术介绍
探地雷达作为一种高效无损检测技术在工程勘查、混凝土构件缺陷、路面检测、路基病害探查等方面应用广泛并取得了良好的探测效果。通常情况下，如果需要得到高分辨率的探测结果，则需要采用中心频率较高的雷达系统，但探测深度较浅。如果需要得到较大的勘探深度，则选用中心频率较低的雷达系统，但分辨率较低。然而，探地雷达的探测分辨率和勘探深度两个性能指标随着实际应用的需求而不能兼顾。例如，随着我国铁路通车里程的增加和铁路使用年限的增长，铁路路基病害探测日趋常态化，探地雷达由于其高效无损的特点在铁路路基检测方面成为了一种不可或缺的手段。铁路路基病害可能出现在不同的介质层，从浅部至深部依次为轨枕层、道渣层、道床、基床等，探测结果必须有较高分辨率和较大的勘探深度。为此，多频多通道探地雷达系统开始研制并用于铁路路基检测(刘杰等，采用探地雷达技术评估既有铁路路基状况的现状与发展，铁道建筑，2008年第1期)，得到多个不同中心频率雷达剖面，分别进行异常的识别，给探测成果解释带来不便。对于多频多通道雷达系统的信号融合处理，目前尚无解决这一问题的成熟方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于多频多通道探地雷达的数据融合方法，通过对所有通道的雷达反射信号的合成雷达剖面进行处理，将频率较高分辨较率高但勘探深度较浅的高频雷达信号和频率较低分辨率较低但勘探深度较大的低频雷达信号进行融合。一种用于多频多通道探地雷达的数据融合方法，包括以下步骤：步骤1：获取具有不同中心频率的多通道雷达剖面；步骤2：对各个通道的雷达剖面进行扫描道零点校正与扫描道实测位置校正；所述扫描道零点校正是指通过对直达波的识别，以直达波为参照对每个通道雷达信号的各扫描道进行截取完成零点校正；所述扫描道实测位置校正是指以所有通道中最大扫描数为基准，通过插值方法实现扫描道位置校正，使不同通道的雷达剖面在同一勘探线上都具有相同的扫描道数；多通道的雷达系统中每个通道除了分别具有不同的中心频率外，其它工作参数也可能有区别，如发射天线和接收天线工作的时间差、各通道的采样率等，从而在同一的勘探测线上获得的多通道雷达信号具有不同直达波到达时间和扫描道数，从而需要对不同通道的雷达剖面进行扫描道零点校正和扫描道实测位置校正。步骤3：分别对经步骤2处理后的各个通道上的各个扫描道进行时频分析，得到对应的时频谱；步骤4：将各个通道中相同扫描道上的时频谱进行叠加获得同一勘探线上各扫描道的合成时频谱；步骤5：对各个扫描道的合成时频谱进行逆时频变换得到对应扫描道的时间域雷达信号，得到时间域的多频融合雷达图像。所述步骤3中的时频分析为S变换，公式如下：其中，令时窗函数h(t)为某通道某一扫描道的雷达信号，S(τ,f)为h(t)对应通道对应扫描道的时频谱；τ为时窗函数的中心点，用于控制高斯窗函数在时间轴上的位置，与探地雷达扫描道的采样点相对应；f为时窗宽度的倒数，时窗宽度等于扫描道的总时长除以采样点数；t表示雷达信号的采样时间。所述步骤5中的逆时频变换公式如下：其中，FS(τ,f)多通道雷达信号中相对应的某一个扫描道位置的合成时频谱，fh(t)为该合成时频谱通过逆S变换得到的对应扫描道合成的时间域的雷达信号。对不同频率的两个通道的扫描道上雷达信号进行时频谱合成运算时，对低频通道的雷达信号进行重采样，以获得与高频雷达信号相同的采样率；同时，将高频雷达信号进行补零处理，以获得低频雷达信号相同的采样长度。通常情况下，最大通道数可能为2或3。有益效果本专利技术提供了一种用于多频多通道探地雷达的数据融合方法，对于多频多通道探地雷达连续剖面扫描原始数据，通过对各通道数据进行扫描道零点校正、扫描道实测位置校正，得到在扫描剖面上对应位置的多频多通道雷达数据；将对应位置的各通道雷达扫描道数据分别进行时频分析，得到时频域的多通道雷达信号；再将不同通道的对应雷达扫描信号在时频域进行合成，即可在每个扫描道位置获得由不同通道合成的一道时频域的雷达数据；对合成的时频域雷达数据按扫描道依次通过逆时频变换，即可得时间域的多频融合雷达图像。相对于现有技术，由于探地雷达系统受到硬件器件性能的限制，尤其是在较大深度应用环境中通过加大发射功率的情况下，其采样率不能无限加大；另一方面，较高频率的电磁波对异常的分辨能力较高，反之亦然。多频多通道探地雷达技术试图突破探地雷达探测深度与分辨率相互制约的技术瓶颈，但由于不同通道雷达信号的频率、采样率等参数不同，无法在时间域对多频雷达信号进行数据级的融合处理。本专利技术将采用时频分析技术对多频多通道雷达信号在时频域进行合成，能充分利用原始信号中的所有信息。合成的雷达图像相比多通道原始雷达图像而言，包含多频雷达系统中各种频率的雷达反射信号，具有多频雷达系统中较高频信号较高分辨率特点，同时具有较低频率信号较大勘探深度的特点，解决了传统探地雷达信号高分辨率与大勘探深度不能兼顾的问题；同时，将在同一勘探测线上获得的不同频率探地雷达信号融合成一个包含各种频率的直观的雷达图像，有利于勘探成果的解释和异常的识别。附图说明图1为本专利技术所述方法的流程图；图2为中心频率为100M的雷达系统一道采样曲线及其时频谱，其中，(a)为采样曲线，(b)为(a)对应的时频谱；图3为中心频率为400M的雷达系统一道采样曲线及其时频谱，其中，(a)为采样曲线，(b)为(a)对应的时频谱；图4为两道不同频率的雷达曲线在时频域的时频谱合成结果及其对应的时域曲线，其中，(a)为时频谱合成结果，(b)为(a)对应的时域曲线；图5为两条中心频率不同的雷达实测剖面的数据融合处理结果，其中，(a)为高频通道400MHz的雷达信号，(b)为低频通道100MHz的雷达信号，(c)为高频通道与低频通道的雷达信号融合图像。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明。一种用于多频多通道探地雷达的数据融合方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤1：获取具有不同中心频率的多通道雷达剖面；步骤2：对各个通道的雷达剖面进行扫描道零点校正与扫描道实测位置校正；所述扫描道零点校正是指通过对直达波的识别，以直达波为参照对每个通道雷达信号的各扫描道进行截取完成零点校正；所述扫描道实测位置校正是指以所有通道中最大扫描数为基准，通过插值方法实现扫描道位置校正，使不同通道的雷达剖面在同一勘探线上都具有相同的扫描道数；多通道的雷达系统中每个通道除了分别具有不同的中心频率外，其它工作参数也可能有区别，如发射天线和接收天线工作的时间差、各通道的采样率等，从而在同一的勘探测线上获得的多通道雷达信号具有不同直达波到达时间和扫描道数，从而需要对不同通道的雷达剖面进行扫描道零点校正和扫描道实测位置校正。步骤3：分别对经步骤2处理后的各个通道上的各个扫描道进行时频分析，得到对应的时频谱；步骤4：将各个通道中相同扫描道上的时频谱进行叠加获得同一勘探线上各扫描道的合成时频谱；步骤5：对各个扫描道的合成时频谱进行逆时频变换得到对应扫描道的时间域雷达信号，得到时间域的多频融合雷达图像。参见图2至图5，该实例采用青藏铁路路基检测的专用多通道车载探地雷达的实测数据，本实例中仅采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多频多通道探地雷达的数据融合方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取具有不同中心频率的多通道雷达剖面；步骤2：对各个通道的雷达剖面进行扫描道零点校正与扫描道实测位置校正；所述扫描道零点校正是指通过对直达波的识别，以直达波为参照对每个通道雷达信号的各扫描道进行截取完成零点校正；所述扫描道实测位置校正是指以所有通道中最大扫描数为基准，通过插值方法实现扫描道位置校正，使不同通道的雷达剖面在同一勘探线上都具有相同的扫描道数；步骤3：分别对经步骤2处理后的各个通道上的各个扫描道进行时频分析，得到对应的时频谱；步骤4：将各个通道中相同扫描道上的时频谱进行叠加获得同一勘探线上各扫描道的合成时频谱；步骤5：对各个扫描道的合成时频谱进行逆时频变换得到对应扫描道的时间域雷达信号，得到时间域的多频融合雷达图像。

【技术特征摘要】
1.一种用于多频多通道探地雷达的数据融合方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取具有不同中心频率的多通道雷达剖面；步骤2：对各个通道的雷达剖面进行扫描道零点校正与扫描道实测位置校正；所述扫描道零点校正是指通过对直达波的识别，以直达波为参照对每个通道雷达信号的各扫描道进行截取完成零点校正；所述扫描道实测位置校正是指以所有通道中最大扫描数为基准，通过插值方法实现扫描道位置校正，使不同通道的雷达剖面在同一勘探线上都具有相同的扫描道数；步骤3：分别对经步骤2处理后的各个通道上的各个扫描道进行时频分析，得到对应的时频谱；步骤4：将各个通道中相同扫描道上的时频谱进行叠加获得同一勘探线上各扫描道的合成时频谱；步骤5：对各个扫描道的合成时频谱进行逆时频变换得到对应扫描道的时间域雷达信号，得到时间域的多频融合雷达图像。2.根据权利要求1所述的一种用于多频多通道探地雷达的数据融合方法，其特征在于，所述步骤3中的时频分析为S变换，公式如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：肖建平，王韵棋，柳建新，吴旭东，胡章棚，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43