CN113468467A - 雷场同步地空耦合反演的数据探测与预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雷场同步地空耦合反演的数据探测与预处理方法，包括探测准备、数据采集与预处理、反演成图三个部分，用于由1个探测控制主机和n个探测分机组成的地空耦合探测系统，n个探测分机在探测控制主机的控制下按一字形编队飞行并进行同步探测。本发明的有益效果在于：利用的探测分机编队形式对雷场区域进行地空耦合探测，提高探测效率的同时减少探测工作人员危险性；通过对探测信号频谱细化后搜索保存多普勒特征谱线及多普勒频差，使雷场探测具有高精度的分辨率；利用反演对探测数据进行处理和评价并成图处理，使得探测结果更加精准与直观。
Description
技术领域
本发明涉及雷场数据探测与预处理技术，尤其涉及雷场同步地空耦合反演的数据探测与预处理方法。
背景技术
地雷是一种爆炸性武器，通常被布设在地面上或地面下，当受到外来干扰作用并满足其引爆条件时就会爆炸产生一定的杀伤力，或待目标进去其作用范围时操纵爆炸。目前，地雷因其造价成本低廉和杀伤力效果显著的特点被大量的应用在战争中，战争结束后，在世界各地遗留的数以亿计的各种地雷仍保持危险性，严重制约了战后重建与发展，给人民的生命财产造成了巨大的威胁，同时，在现代局部战争中地雷仍被广泛的使用，这使得在世界许多区域需要开展排雷工作。但是，由于地雷的种类繁多和雷场环境的复杂性等原因，排雷工作不仅费时、费力，而且高度危险，清除地雷远比布设地雷困难，因此，地雷的高效探测一直是一个世界性难题。
雷场环境的复杂性和地雷种类的多样性催生了各种各样的探雷方法。传统探测地雷的方法是机械式探雷，即用探雷针或者钻头等工具插入到土壤中人工刺探，该方法对操作人员要求极高，依赖于操作人员的经验进行判断，同时也非常的危险；后来人们又研究了多种较为先进的探雷和排雷技术，如电磁感应方法、探地雷达技术、X射线探测、电阻抗断层成像方法、核四极矩共振方法、微生物探雷方法等，这些方法都有各自的优势，但是这些方法都存在很多缺陷，如电磁感应方法通过激发地雷的金属部件产生感应电流，虽然对雷场环境适应性强，但易受到金属碎片的干扰，虚警率高，无法有效探测非金属地雷，同时现有的电磁感应方法应用手段受到限制，探测过程中需要消耗大量的人力物力，探测人员的安全也无法得到保障；探地雷达技术通过接收从“土壤-地雷”界面处反射回来的电磁波，可以实现探测非金属地雷的探测，但容易受到树根、石块、缝隙、洞穴的干扰，也不适宜探测含水量过高或者过低的土壤；X射线探测利用X射线对地下成像探测地表温度或光反射存在的差异，成像能力强大，可快速探测大面积的雷场，但存在辐射风险，无法对单一地雷目标进行有效探测，不确定性因素干扰大；电阻抗断层成像方法在地表布置装置探测土壤导电率分布，可以探测到非金属地雷，但不适用于干燥的土壤，并且可能会触发电磁引信的地雷，造成人员伤亡；核四极矩共振方法通过激发地雷中炸药分子的氮原子核跃迁，释放特定频率的地磁波信号，对单一种类地雷针对性强，但是信号非常的微弱，容易受到电磁杂波的干扰，探测成本高，无法对罐装液体炸药进行探测；微生物探雷方法通过消化炸药分子并且产生可以探测的荧光蛋白，能够准确确认炸药分子的存在，但不适用于干燥或者低温的土壤，探测结果受到天气影响较大，并且无法探测新埋设或者埋设较深的地雷。
现有的探雷方法多少都是针对金属地雷进行探测，少数可以探测非金属地雷的方法成本也非常高昂，现代地雷发展的趋势就是尽可能的减少其所含金属成分，地雷金属部分大幅度减少，使低频电磁感应探雷在增大探测灵敏度的同时也导致虚警率增多，高灵敏度探测由于土壤中地雷及其他自然异物的构成、属性在不同条件下的情况不同，无法完全排除周围环境所带来的干扰。特别是对于小型反步兵地雷，具有体积小、金属含量低的特点，如比利时生产的PRB M409反步兵地雷，直径8.5cm，金属含量仅1g，这使得PRB M409反步兵地雷比常规金属地雷难检测得多。据联合国报告显示，以目前的探雷技术和探雷投入，每年只能探测和扫除10万枚地雷左右，并且每年都有数以万计的人被炸伤或者炸死，即使不再布设新的地雷，仍有数亿枚地雷遍布在世界各处，排除一枚地雷的成本约为300~1000美元，清除完所有地雷需要大量时间和资金投入，因此，有效解决地雷探测问题已经成为国际社会十分关注的热点、难点问题，对探雷技术也提出了更高的要求。
目前现有的探雷和排雷技术各式各样，但也因为在可靠性、探测最大深度、环境适用性、安全系数和探测速度高效性等方面的局限而无法有效解决目前存在的雷场探测问题，采用地空耦合的无人机编队同步雷场探测形式是一项创新和挑战，能否发明一种快速、高效、全面、精确的雷场探测与数据处理分析方法，目前国内外科技界一直没有解决，尚无相关研究成果和产品报道。
发明内容
为了克服现有探雷方法在探测速度和准确度方面存在的的不足，本发明为了解决该问题提供了一种雷场同步地空耦合反演的数据探测与预处理方法。
本发明采用的技术方案是：一种雷场同步地空耦合反演的数据探测与预处理方法，分探测准备、数据采集与预处理、反演成图三个阶段进行，用于由1个探测控制主机和n个探测分机组成的地空耦合探测系统，n个探测分机在探测控制主机的控制下按一字形编队飞行并进行同步探测；其特征是：在探测准备阶段，探测控制主机首先据探测要求规划探测任务并确定UWB脉冲发射重复频率f a 、分析频率范围f 1 ~f 2 ，然后结合探测精度需求设计分析频谱窗口宽度Q和频谱分辨率Δf，取采样频率f s>2(f 2 - f 1)，计算实际采样点数N并分解为P组Q点，接着由分析频率范围f 1~f 2和采样频率f s计算并缓存K阶通带滤波器的滤波系数h(k)，并将所有探测参数发送给n个探测分机，最后探测控制主机控制n个探测分机按一字型编队飞行到横向探测起始位置处等待命令；数据采集与预处理阶段分八步进行，第一步是探测控制主机向各探测分机发送规划测线同步探测指令后同步进行磁场信号探测、各探测分机收到指令后按f a发射UWB脉冲，第二步是各探测分机置数据指针i=0、j=0并按采样频率f s采样P组Q点的UWB回波信号数据，第三步是各探测分机对回波信号数据进行去噪、非点剔除和正交分解，第四步是各探测分机用设计好的K阶通带滤波器对正交分解后的Q点数据进行数据滤波、FFT并缓存，第五步是重复执行第四步P次后求分析频率范围f 1~f 2的细化谱，第六步是各探测分机针对细化谱搜索并保存多普勒特征谱线及多普勒频差，第七步是各探测分机若未完成测线探测任务则跳转到第二步执行、已完成则将测线探测结果发送给探测控制主机，第八步是探测控制主机判断若未完成纵向探测任务则控制各探测分机飞行到纵向探测起始位置处并跳转到第一步执行、已完成则控制各探测分机返航并结束探测；反演成图阶段是在探测工作结束后进行的，探测控制主机综合各探测分机的探测结果进行反演成图，根据成图结果分析探测区域是否为雷场；探测过程中数据采集与预处理部分是实时进行的，探测准备部分、反演成图部分是非实时进行的。
在本发明中，所述的雷场同步地空耦合探测方法是探测控制主机控制n个一字型编队排列的探测分机先对疑似雷场区域进行横向数据探测，然后对疑似雷场区域进行纵向数据探测，其中n个探测分机间的间距d与飞行高度h正相关，d=λh，λ为由收发天线波束角决定的间距系数。
在本发明中，所述的回波信号正交分解是根据探测分机飞行的航向角ψ将接收的UWB回波信号S(n)分解为X向（正东）、Y向（正北）两个分量，即X(n)=S(n) cosψ、Y(n)=S(n)sinψ。
在本发明中，所述的信号通带滤波方法分四步进行，第一步取1组Q点采样数据并在其前后各补K/2个零，第二步按序在Q+K点数据中每次取K个数据与滤波系数h(k)相乘后累加，第三步求第二步累加和的均值得到1个滤波值，第四步重复执行第二步、第三步Q次后得到通带滤波数据。
在本发明中，所述的频谱细化方法分四步进行，第一步计算细化谱观察窗起始谱线位置l=int(f 1/Δf+0.5)，第二步计算起始谱线位置l在Q点FFT结果中的数据位置k=l-Q*int(l/Q)，第三步对在P组Q点FFT结果中的k位置数据按DFT原理求得1个细化谱值，第四步数据位置k=k+1并重复执行第三步Q次后得到观察窗的细化谱。
在本发明中，所述的多普勒特征谱线搜索是针对细化得到分析带宽f 1~f 2范围的频谱分辨率为Δf的Q条谱线分四步进行判断：第一步缓存细化谱并按从前往后两两比较幅值低者置0、从后往前两两比较幅值低者置0的原则求取Q条谱线中的M条极值谱线，第二步在M条极值谱线中将幅值小于0.03倍最大幅值谱线幅值的极值谱线和极值谱线间距小于10的幅值较小者置0后按幅值大小分别标记极值谱线为L0、L1、L2、……、LN，第三步若极值谱线为L0的频率不在λf a/(2hf a +λ)±5Δf范围内则将极值谱线L1、L2、……、LN作为多普勒特征谱线，反之不存在多普勒特征谱线。
本发明的有益效果是，利用的探测分机编队形式对雷场区域进行地空耦合探测，提高探测效率的同时减少探测工作人员危险性；通过观察UWB脉冲穿透地下介质的现象，运用信号分析原理并充分考虑干扰因素的影响，对探测信号频谱细化后搜索保存多普勒特征谱线及多普勒频差，使探测目标具有高精度的分辨率，UWB脉冲的发射信号频率范围较宽，因此可在探测分辨率和探测深度两者之间选择最优的发射频率进行目标探测；利用反演对探测数据进行处理和评价并成图处理，使得探测结果更加精准与直观。
附图说明
图1是本发明的同步探测与数据预处理流程图；
图2是本发明实施例的探测系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图，图1是本发明的同步探测与数据预处理流程图；图2是本发明实施例的探测系统示意图。一种雷场同步地空耦合反演的数据探测与预处理方法，分探测准备、数据采集与预处理、反演成图三个阶段进行，用于由1个探测控制主机和n个探测分机组成的地空耦合探测系统，n个探测分机在探测控制主机的控制下按一字形编队飞行并进行同步探测；在探测准备阶段，探测控制主机首先据探测要求规划探测任务并确定UWB脉冲发射重复频率f a 、分析频率范围f 1 ~f 2 ，然后结合探测精度需求设计分析频谱窗口宽度Q和频谱分辨率Δf，取采样频率f s>2(f 2 - f 1)，计算实际采样点数N并分解为P组Q点，接着由分析频率范围f 1~f 2和采样频率f s计算并缓存K阶通带滤波器的滤波系数h(k)，并将所有探测参数发送给n个探测分机，最后探测控制主机控制n个探测分机按一字型编队飞行到横向探测起始位置处等待命令；数据采集与预处理阶段分八步进行，第一步是探测控制主机向各探测分机发送规划测线同步探测指令后同步进行磁场信号探测、各探测分机收到指令后按f a发射UWB脉冲，第二步是各探测分机置数据指针i=0、j=0并按采样频率f s采样P组Q点的UWB回波信号数据，第三步是各探测分机对回波信号数据进行去噪、非点剔除和正交分解，第四步是各探测分机用设计好的K阶通带滤波器对正交分解后的Q点数据进行数据滤波、FFT并缓存，第五步是重复执行第四步P次后求分析频率范围f 1~f 2的细化谱，第六步是各探测分机针对细化谱搜索并保存多普勒特征谱线及多普勒频差，第七步是各探测分机若未完成测线探测任务则跳转到第二步执行、已完成则将测线探测结果发送给探测控制主机，第八步是探测控制主机判断若未完成纵向探测任务则控制各探测分机飞行到纵向探测起始位置处并跳转到第一步执行、已完成则控制各探测分机返航并结束探测；反演成图阶段是在探测工作结束后进行的，探测控制主机综合各探测分机的探测结果进行反演成图，根据成图结果分析探测区域是否为雷场；探测过程中数据采集与预处理部分是实时进行的，探测准备部分、反演成图部分是非实时进行的。
本发明的具体做法为：探测准备部分首先据探测要求规划探测任务，由所要探测地区的地势地貌，确定n个探测分机的飞行高度h，根据飞行高度设置最佳的间距系数λ以达到确定一字型编队n个探测分机间距离d的目的，各探测分机间距离d与飞行高度h正相关，d =λh，其中，λ为由收发天线波束角决定的间距系数，根据天线波束角大小与飞行高度关系，使n个探测分机完全覆盖整个探测区域，此外间距系数λ下限取值是由探测分机间的最小安全距离确定的，间距系数λ上限取值是由探测分机间的最大通信距离和最大飞行高度确定的；n个探测分机以UWB脉冲发射重复频率f a为分析频谱中心，即由探测所需达到的最深深度h 1和电磁波在雷场松散土层的传输速度λ确定分析频率下限f 1=λf a/(2h 1 f a +λ)，由分析频谱中心频率f a和分析频率下限f 1确定分析频率上限f 2=2f a-f 1，即可以确定分析频率范围为f 1~f 2，分析带宽为B=f 2-f 1，探测深度范围为h 2~h 1，根据所要求的探测精度Δh确定n个探测分机的探测速度以及选取分析频谱窗口宽度Q，其中分析频谱窗口宽度Q=Δh*(h 1 - h 2)，根据实际应用需求取分析频谱窗口宽度Q=2 x ，可求得频谱分辨率Δf=(f 2 - f 1)/Q，根据分析频率范围f 1~f 2对探测点进行数据采集，由奈奎斯特（Nyquist）采样定理可初步确定该采集点满足采样定理的采样频率f s=β(f 2 - f 1)，其中采样系数β≥2，由采样频率与频谱间隔计算理论采样点数N'=f s /Δf，根据FFT对称性原则Q=2 x ，则能观察到2x-1条有效谱线，每组数据为Q点，按照任意基FFT采用进一法原则将数据分为P=INT(N'/Q+0.5)组，则实际需处理采样数据个数为N=P×Q，可根据实际需求将分组P尽量增多，Q点尽量缩小；按照分析频率范围为f 1~f 2和采样频率离线计算并缓存阶数为K的滤波器系数h(k)，对于分析频率范围为f 1~f 2的需要细化的时间序列为x(n)，取采样频率f s=β(f 2 - f 1)，采用Q/2条谱线来显示分析频率范围f 1~f 2，则FFT点数为Q，按照基于解析带通滤波的复调制细化谱分析方法的思想可得滤波器系数h(k)的实部、虚部分别为：
式中，K为滤波器阶数；k=0，1，2，…，Q-1；由上式可知，复解析带通滤波系数h(k)的计算只与滤波器阶数K、FFT的点数Q有关，时间序列x(n)与滤波器系数h(k)并无直接关系，因此可以在数据采样之前离线计算并缓存备用；探测控制主机根据探测需求将探测参数发送给n个探测分机，然后探测控制主机控制n个探测分机按照一字型编队飞行至横向探测起始位置等到命令。
数据采集与预处理部分分八步进行。
第一步探测控制主机向n个探测分机发送同步探测指令，在约定的PPS脉冲位置进行同步数据采集，各探测分机收到指令后按f a发射UWB脉冲；第二步在一个PPS脉冲周期内安排P×Q个采样数据缓冲单元，置数据指针i=0、j=0并按采样频率f s采样P组Q点的UWB回波信号数据；第三步对回波信号去噪、非点剔除与正交分解，其中回波信号去噪采用高斯滤波去噪方法，实质是回波信号与高斯滤波函数进行卷积计算，不同高斯函数宽度和高斯滤波模板长度对应的回波去噪效果有较大的差异，即采用改变高斯函数宽度和高斯滤波模板长度的方法对比得出效果最佳的组合，具体包括确定噪声阈值、设置不同高斯函数宽度和高斯滤波模板长度、求不同高斯函数宽度和高斯滤波模板长度对应的均方根和信噪比、综合均方根与信噪比对去噪效果进行评价，回波信号非点剔除采用基于密度的聚类算法，以每个采样数据点为中心，设定邻域范围及邻域内需要有多少个采样数据点，如果采样数据点大于指定要求，则认为该采样数据点与邻域内的点属于同一类型，如果小于指定值，则判定为异常点进行剔除，回波信号正交分解是根据探测分机飞行的航向角ψ将接收的UWB回波信号S(n)分解为X向（正东）、Y向（正北）两个分量，信号响应函数为S(n)=A(n)cos[⍵ c n+θ(n)]，中⍵ c表示中心频率，A(n)、θ(n)分别为信号的幅度调制分量和相位调制分量，即X(n)=S(n) cosψ、Y(n)=S(n) sinψ，分解后的X(n)、Y(n)分量可方便接下来的反演过程；第四步是各探测分机用设计好的K阶通带滤波器对正交分解后的Q点数据进行数据滤波、FFT并缓存，通带滤波的步骤为：步骤一取1组Q点采样数据并在其前后各补K/2个零，步骤二按序在Q+K点数据中每次取K个数据与滤波系数h(k)相乘后累加，步骤三求步骤二中累加和的均值掌握1个滤波值，步骤四重复执行步骤二、步骤三Q次后得到通带滤波数据，具体用滤波器进行数据滤波运算公式为
，对滤波后的Q点数据做Q点FFT并缓存；第五步是重复执行第四步P次后求分析频率范围f 1~f 2的细化谱，求细化谱方法是分四个步骤进行，步骤一计算细化谱观察窗起始谱线位置，根据分析频率范围下限和频率分辨率可以计算得知起始谱线位置l=int(f 1/Δf+0.5)，根据分析频率范围上限和频率分辨率可以计算得知终点谱线位置l'=int(f 2/Δf-0.5)，步骤二计算起始谱线位置l在Q点FFT结果中的数据位置k=l-Q*int(l/Q)，计算终点谱线位置l'在Q点FFT结果中的数据位置k'=l-Q*int(l'/Q)，步骤三对在P组Q点FFT结果中的k位置数据按DFT原理求得1个细化谱值，按照下式计算：
式中k=l-Q*int(l/Q)，l=0，1，2，…，P-1；Y i (k)=Y i (Z*Q+y)=Y i (y)，Y i (y)为P组FFT结果中的一个值，Z为正整数，0≤y≤Q-1，步骤四数据位置k=k+1并重复执行步骤三Q次后得到观察窗的细化谱，l~l'处计算的Q次细化谱值即为所需的细化谱；第六步是各探测分机针对细化谱搜索并保存多普勒特征谱线及多普勒频差，当UWB回波由地层经过地雷等介质会产生衰弱，通过衰弱现象与搜索细化谱中多普勒特征谱线进行雷场特征信息识别，产生衰弱的主要原因有：①电磁波在介质中衰减常数α公式为α=⍵(με/2)1/2((1+(σ/⍵ε)2)1/2+1)1/2，其中ε为介电常数，σ为电导率，μ为磁导率，电磁波场强振幅在传播方向上按照e-αz 指数衰减，在电磁波解中，e-αz 是与传播时间无关的变量，表示在介质中电磁波场强幅度随传播距离的递增不断衰减，即电磁波在非空气介质中传播时将会有衰减，其衰减程度与电磁波的频率和介质阻抗有关，衰减常数α大小取决于σ/⍵ε，浅层土壤与地雷材质存在较大差异，UWB回波的衰减程度也存在较大差异，②界面反射当地雷折射指数呈垂直梯度变化时，假定电磁波仍沿直线传播，那么根据电磁波等效半径分析方法，反射点会沿着地雷变化的凸起表面移动，这样反射波的行程由于反射点的移动而发生变化，即波的相位发生变化，当反射波的相位与直射波的相位相反时，合成场强显著减弱，形成干涉衰落，③地雷存在的多径传播，地雷存在空间往往会有填充现象，UWB回波会产生突变反射而发生多径传播，这时电磁波沿着几条路径传播，各路径电磁波之间存在着由行程差而引起的相位差，以及由不同反射条件而引起的相位差，同时各条传播路径的电磁波场强的振幅也不相同，于是探测分机接收到的是多径传播干涉衰落后的UWB回波信号，④地层中不均匀体造成的反射和散射衰落，在浅层土壤常由一些不同性质的不均匀地质体组成，UWB回波就会产生反射波和散射波，散射波和反射波到达探测分机的振幅和相位也不同，这就形成了快速反射衰落或快速散射衰落。由于地下地雷的结构形式、填充状态都是存在差异的，其产生的雷场特征信息也是不规则的，作为地雷特征信息载体的UWB回波受场源、传播途径、天气等诸多因素的影响也是变化的，探测分机在疑似雷场区域采集数据过程中会受到周围环境的影响，对雷场特征信息的准确识别也造成一定的影响，总结对雷场特征信息的一般识别方法为多普勒特征谱线，根据傅里叶变换特性，信号中的基频在频谱中表现为极值点或独立谱线，目的是避免分析频谱中不相关频率成分谱线的影响，多普勒特征谱线搜索具体是针对细化得到分析带宽f 1~f 2范围的频谱分辨率为Δf的Q条谱线分四步进行判断：第一步缓存细化谱并按从前往后两两比较幅值低者置0、从后往前两两比较幅值低者置0的原则求取Q条谱线中的M条极值谱线，第二步在M条极值谱线中将幅值小于0.03倍最大幅值谱线幅值的极值谱线和极值谱线间距小于10Δf的幅值较小者置0后按幅值大小分别标记极值谱线为L0、L1、L2、……、LN，第三步若极值谱线为L0的频率不在λf a/(2hf a +λ)±5Δf范围内则将极值谱线L1、L2、……、LN作为多普勒特征谱线，反之不存在多普勒特征谱线，频谱在出现衰落现象的同时且存在多普勒特征谱线即判断为雷场特征信息，多普勒频差用来实现对地雷的高精度定位，多普勒频差定位利用n个探测分机多次探测得到得信号多普勒频率差来确定雷场的位置，通过对目标进行连续的测量，在获得一定的定位信息积累的基础上，进行适当的数据处理以获得地雷的位置信息，当探测分机高速运动时，利用探测分机在T个不通的时间间隔测量得到多普勒频率差，结合多次测量非线性定位算法，可以实现对雷场的快速精准定位；第七步是各探测分机若未完成测线探测任务则跳转到第二步执行、已完成则将测线探测结果发送给探测控制主机，第八步是探测控制主机判断若未完成纵向探测任务则控制各探测分机飞行到纵向探测起始位置处并跳转到第一步执行、已完成则控制各探测分机返航并结束探测。
反演成图阶段是在探测工作结束后进行的，探测控制主机综合各探测分机的探测结果以及保存的多普勒特征谱线和多普勒频差对疑似雷场区域进行成图处理，根据成图结果分析探测区域是否为雷场，探测过程中数据采集与预处理部分是实时进行的，探测准备部分、反演成图部分是非实时进行的。
综上所述，本发明利用的探测分机编队形式对雷场区域进行地空耦合探测，提高探测效率的同时减少探测工作人员危险性；通过观察UWB脉冲穿透地下介质的现象，运用信号分析原理并充分考虑干扰因素的影响，对探测信号频谱细化后搜索保存多普勒特征谱线及多普勒频差，使探测目标具有高精度的分辨率，UWB脉冲的发射信号频率范围较宽，因此可在探测分辨率和探测深度两者之间选择最优的发射频率进行目标探测；利用反演对探测数据进行处理和评价并成图处理，使得探测结果更加精准与直观。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种雷场同步地空耦合反演的数据探测与预处理方法，分探测准备、数据采集与预处理、反演成图三个阶段进行，用于由1个探测控制主机和n个探测分机组成的地空耦合探测系统，n个探测分机在探测控制主机的控制下按一字形编队飞行并进行同步探测；其特征是：在探测准备阶段，探测控制主机首先据探测要求规划探测任务并确定UWB脉冲发射重复频率f a 、分析频率范围f 1 ~f 2 ，然后结合探测精度需求设计分析频谱窗口宽度Q和频谱分辨率Δf，取采样频率f s>2(f 2 - f 1)，计算实际采样点数N并分解为P组Q点，接着由分析频率范围f 1~f 2和采样频率f s计算并缓存K阶通带滤波器的滤波系数h(k)，并将所有探测参数发送给n个探测分机，最后探测控制主机控制n个探测分机按一字型编队飞行到横向探测起始位置处等待命令；数据采集与预处理阶段分八步进行，第一步是探测控制主机向各探测分机发送规划测线同步探测指令后同步进行磁场信号探测、各探测分机收到指令后按f a发射UWB脉冲，第二步是各探测分机置数据指针i=0、j=0并按采样频率f s采样P组Q点的UWB回波信号数据，第三步是各探测分机对回波信号数据进行去噪、非点剔除和正交分解，第四步是各探测分机用设计好的K阶通带滤波器对正交分解后的Q点数据进行数据滤波、FFT并缓存，第五步是重复执行第四步P次后求分析频率范围f 1~f 2的细化谱，第六步是各探测分机针对细化谱搜索并保存多普勒特征谱线及多普勒频差，第七步是各探测分机若未完成测线探测任务则跳转到第二步执行、已完成则将测线探测结果发送给探测控制主机，第八步是探测控制主机判断若未完成纵向探测任务则控制各探测分机飞行到纵向探测起始位置处并跳转到第一步执行、已完成则控制各探测分机返航并结束探测；反演成图阶段是在探测工作结束后进行的，探测控制主机综合各探测分机的探测结果进行反演成图，根据成图结果分析探测区域是否为雷场；探测过程中数据采集与预处理部分是实时进行的，探测准备部分、反演成图部分是非实时进行的。
2.根据权利要求1所述的雷场同步地空耦合反演的数据探测与预处理方法，其特征是：所述的雷场同步地空耦合探测方法是探测控制主机控制n个一字型编队排列的探测分机先对疑似雷场区域进行横向数据探测，然后对疑似雷场区域进行纵向数据探测，其中n个探测分机间的间距d与飞行高度h正相关，d=λh，λ为由收发天线波束角决定的间距系数。
3.根据权利要求1所述的雷场同步地空耦合反演的数据探测与预处理方法，其特征是：所述的回波信号正交分解是根据探测分机飞行的航向角ψ将接收的UWB回波信号S(n)分解为X向（正东）、Y向（正北）两个分量，即X(n)=S(n) cosψ、Y(n)=S(n) sinψ。
4.根据权利要求1所述的雷场同步地空耦合反演的数据探测与预处理方法，其特征是：所述的信号通带滤波分四步进行，第一步取1组Q点采样数据并在其前后各补K/2个零，第二步按序在Q+K点数据中每次取K个数据与滤波系数h(k)相乘后累加，第三步求第二步累加和的均值得到1个滤波值，第四步重复执行第二步、第三步Q次后得到通带滤波数据。
5.根据权利要求1所述的雷场同步地空耦合反演的数据探测与预处理方法，其特征是：所述的频谱细化分四步进行，第一步计算细化谱观察窗起始谱线位置l=int(f 1/Δf+0.5)，第二步计算起始谱线位置l在Q点FFT结果中的数据位置k=l-Q*int(l/Q)，第三步对在P组Q点FFT结果中的k位置数据按DFT原理求得1个细化谱值，第四步将数据位置k=k+1并重复执行第三步Q次后得到观察窗的细化谱。
6.根据权利要求1所述的雷场同步地空耦合反演的数据探测与预处理方法，其特征是：所述的多普勒特征谱线搜索是针对细化得到分析带宽f 1~f 2范围的频谱分辨率为Δf的Q条谱线分四步进行判断：第一步缓存细化谱并按从前往后两两比较幅值低者置0、从后往前两两比较幅值低者置0的原则求取Q条谱线中的M条极值谱线，第二步在M条极值谱线中将幅值小于0.03倍最大幅值谱线幅值的极值谱线和极值谱线间距小于10Δf的幅值较小者置0后按幅值大小分别标记极值谱线为L0、L1、L2、……、LN，第三步若极值谱线为L0的频率不在λf a/(2hf a +λ)±5Δf范围内则将极值谱线L1、L2、……、LN作为多普勒特征谱线，反之不存在多普勒特征谱线。
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