CN116908841A - 一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法及系统，所述方案包括:生成基于混沌序列的相位调制信号；其中，所述混沌序列采用Logistic混沌序列；以所述相位调制信号作为探地雷达发射信号对待测目标进行检测；接收来自待测目标的回波信号，并经脉冲压缩获得探地雷达的脉冲响应；对于所述脉冲响应，经直达波去除、反褶积滤波以及背景去除，获得探地雷达图像。
Description
技术领域
本发明属于雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
目前，冲击脉冲探地雷达是一种应用广泛且实用性较强的雷达技术，通过发射纳秒或者皮秒级的高压脉冲信号，根据接收回波的信号来判断目标体的位置和结构信息。冲击脉冲探地雷达频带较宽，频率分量覆盖范围大，能够包括丰富的目标体信息，有利于目标体的判断和识别。冲击脉冲探地雷达中心频率不同，探测深度也不同，由于发射脉冲波形简单，则接收到的信号可以直观显示出探测目标，无需做较多的数据处理。
发明人发现，根据雷达理论，距离分辨率取决于信号的带宽，探测深度取决于信号的总功率(时宽)，因此理想的雷达信号应具有较大的时间带宽积(TBP:Time–bandwidthProduct)。然而传统无载波脉冲体制GPR(Ground Penetrating Radar)的TBP是固定的，在探测深度和距离分辨率之间存在矛盾：中心频率越低、带宽越窄，探测深度越深，分辨率越低；中心频率越高、带宽越宽，探测深度越浅，分辨率越高。所以通常要在探测深度和分辨率之间进行权衡。同时，线性调频信号和频率步进信号目前已被广泛应用于对空探测雷达中。而在探地雷达应用中，由于地下介质的指数衰减特性，深层目标回波较浅层目标回波能量相差可达上百个dB，因此理论上对空雷达中的线性调频信号和频率步进信号难以适应超深探地雷达的应用需求。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法及系统，所述方案采用基于混沌序列的相位调制信号依靠固定频率的载波信号传递信息，无需产生独立的脉冲信号，对电路硬件要求较低，设计与应用较为简单。
根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法，包括:
生成基于混沌序列的相位调制信号；其中，所述混沌序列采用Logistic混沌序列；
以所述相位调制信号作为探地雷达发射信号对待测目标进行检测；
接收来自待测目标的回波信号，并经脉冲压缩获得探地雷达的脉冲响应；
对于所述脉冲响应，经直达波去除、反褶积滤波以及背景去除，获得探地雷达图像。
进一步的，所述基于混沌序列的相位调制信号的生成具体为：
确定Logistic模型的分叉参数以及Logistic混沌序列的初始取值，使Logistic模型处于混沌状态，并生成预设长度的Logistic混沌序列；
基于生成的混沌序列以及对应生成的频率为载波频率的正弦波数据；
根据混沌序列的取值确定对应周期内载波信号相位偏移，并根据预设相位调制规则进行相位调制。
进一步的，所述Logistic混沌序列具体表示为：
xn+1＝μxn(1-xn),μ∈[0,4],xn∈[0,1]
其中，μ为分岔参数，xn与xn+1为Logistic混沌序列相邻两点的取值，μ0＝3.5699456<μ≤4时，Logistic系统运行于混沌状态，xn在(0，1)区间的某一范围内随机取值，μ值越接近4，xn的取值范围越大。
进一步的，所述经脉冲压缩获得探地雷达的脉冲响应，具体采用时域脉冲压缩。
根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理系统，包括：
信号生成单元，其用于生成基于混沌序列的相位调制信号；其中，所述混沌序列采用Logi stic混沌序列；
信号发射单元，其用于以所述相位调制信号作为探地雷达发射信号对待测目标进行检测；
信号接收单元，其用于接收来自待测目标的回波信号，并经脉冲压缩获得探地雷达的脉冲响应；
信号处理单元，其用于对于所述脉冲响应，经直达波去除、反褶积滤波以及背景去除，获得探地雷达图像。
根据本公开实施例的第三个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法。
根据本公开实施例的第四个方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供了一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法及系统，所述方案采用基于混沌序列的相位调制信号依靠固定频率的载波信号传递信息，无需产生独立的脉冲信号，对电路硬件要求较低，设计与应用较为简单。
(2)本发明所述方案中，探地雷达发射端发射幅度相对小但具有大时间带宽积的脉冲压缩信号，接收端先进行脉冲压缩(或傅里叶变换)才得到雷达的脉冲响应，可有效解决雷达探测深度与分辨率相制约的问题；同时，混沌信号作为随机信号的一种，具有良好的自相关性，且与其他任何混沌信号都不相关。这种体制雷达不仅可以同时兼顾分辨率和探测距离，还具有良好的电磁兼容性和强抗干扰性能。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例中所述的Logistic映射的分岔图；
图2为本发明实施例中所述的Logistic混沌序列调相信号示意图；
图3为本发明实施例中所述的基于混沌序列的相位调制信号的生成示意图；
图4为本发明实施例中所述的一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法流程图；
图5为本发明实施例中所述的paraview地层模型可视化示意图；
图6(a)为本发明实施例中所述的采用ricker子波信号的仿真探测B-scan示意图；
图6(b)为本发明实施例中所述的采用混沌序列调相信号的仿真探测B-scan示意图；
图7(a)为本发明实施例中所述的采用增益调节+脉冲压缩+反褶积滤波+背景去除得到的B-scan示意图；
图7(b)为本发明实施例中所述的采用增益调节+脉冲压缩+直达波去除+反褶积滤波+背景去除得到的B-scan示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一：
本实施例的目的是提供一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法。
探地雷达简称GPR(Ground Penetrating Radar),是利用高频电磁波来探测目标介质内部物质分布规律的地球物理方法。探地雷达通过发射天线发射高频电磁波信号，电磁波遇到电性差异的物体或者界面会产生反射，发射的电磁波信号会被设置在某一固定位置的接收天线所接收，分析和处理回波信号的波形、幅度、相位以及频率等特征信息，从而判断地下介质的空间位置、结构、形态和埋深等信息。
虽然探地雷达理论很早被人们所认识，但实用的探地雷达系统，在近几十年才逐渐发展成熟。由于探地雷达具有无损、高效、高分辨率以及探测目标广泛等独特优点，其应用领域也逐渐扩展。探地雷达的早期应用主要是用来探测低介电损耗的物质，例如对极地冰层和对煤矿的探测，后来逐渐发展到探测高介电损耗的物质，例如复杂岩层的探测。随着电子时代的飞速进步，探地雷达仪器的研究不断深入，探地雷达的应用扩展到更多领域。探地雷达已经成为地球物理领域的重要研究方法，能够解决实际应用问题，因此，探地雷达一直是国内外学术研究的热点之一。
探地雷达系统通常分为两类，时间域体制和频率域体制，多数探地雷达系统为时间域体制，并且在商用市场中极为普遍。冲击脉冲探地雷达属于时间域体制，时间域探地雷达测量结果直观，结构相对简单，成本低。探地雷达的体制主要由调制方式决定的，主要包括幅度调制、步进连续波、调频连续波、脉冲展宽压缩技术和极化调制，每种调制方式的探地雷达都具有自身各自的特点，在应用上存在互补性。
伪随机编码体制雷达和混沌编码体制雷达通过对发射信号进行编码调制，使其在保持超宽带特性的同时具有大的时宽，有效增大了雷达系统的距离分辨率和探测深度，扩展了探地雷达的应用范围。目前常用的伪随机序列通常为m序列，和基于m序列的调相信号相比，在同等长度和载波频率的条件下，基于Logistic混沌序列的调相信号的时间带宽积更大，理论上探测能力更强、探测效果更好。
与混沌脉冲相位调制信号(基于压缩感知的混沌探地雷达空洞检测_师哲)相比，本方法采用的基于混沌序列的相位调制信号依靠固定频率的载波信号传递信息，无需产生独立的脉冲信号，对电路硬件要求较低，设计与应用较为简单。
为了解决传统无载波脉冲体制GPR的TBP固定导致的探测深度和距离分辨率之间存在矛盾的问题，本实施例所述方案利用采用脉冲压缩方式的新体制雷达，发射端发射幅度相对小但具有大时间带宽积的脉冲压缩信号，接收端先进行脉冲压缩(或傅里叶变换)得到雷达的脉冲响应，进而有效解决雷达探测深度与分辨率相制约的问题。
具体的，如图4所示，本实施例提供了一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法，包括:
生成基于混沌序列的相位调制信号；其中，所述混沌序列采用Logistic混沌序列；
以所述相位调制信号作为探地雷达发射信号对待测目标进行检测；
接收来自待测目标的回波信号，并经脉冲压缩获得探地雷达的脉冲响应；
对于所述脉冲响应，经直达波去除、反褶积滤波以及背景去除，获得探地雷达图像。
混沌信号作为随机信号的一种，具有良好的自相关性，且与其他任何混沌信号都不相关。这种体制雷达不仅可以同时兼顾分辨率和探测距离，还具有良好的电磁兼容性和强抗干扰性能。
本实施例所述方案使用的混沌序列为Logistic序列，Logistic模型是一个生态模型，又称为虫口模型，是研究昆虫数目变化的简单数学模型。设某种昆虫每年产卵a个，成虫产卵后死亡，来年春天每个虫卵孵化成一只虫子。令第n年虫口数量为(即Logistic模型)：
其中，的a表示增长率，项表示虫子争斗与食物短缺等因素导致的虫口减少。
为了数学处理方便，设a＝b＝μ，对Logistic模型进行简化，则有：
xn+1＝μxn(1-xn),μ∈[0,4],xn∈[0,1]
由于Logistic模型本身为一个生态模型，又称为虫口模型，是一种研究昆虫数目变化的简单数学模型，因此，上式中μ为分岔参数，而xn和xn+1则分别表示先后相邻两次统计中虫口数量与该地区能够供养的最大虫口数量之比。在本设计的具体应用中，xn和xn+1则仅表示Logistic混沌序列相邻两点的取值。μ0＝3.5699456<μ≤4时，Logistic系统运行于混沌状态，xn在(0，1)区间的某一范围内随机取值，μ值越接近4，xn的取值范围越大。其中，Logistic映射的分岔图如图1所示。
Logistic模型已经成功地应用于语音信号和视频信号的混沌加密，以及网上银行身份验证等。本实施例将Logistic混沌序列应用到探地雷达探测中，基于混沌序列的相位调制信号进行探测，其中，Logistic混沌序列的μ＝4、x0＝0.4，长度为169点，载波频率为100MHz，载波相位具体确定方法为Phase＝Logistic_value*5π。其中，图2展示了Logistic混沌序列调相信号示意图。
在具体实施中，所述基于混沌序列的相位调制信号的生成，具体为：
(1)参数设定
对于数学上简化后的Logistic模型，随着分岔参数μ的不同，Logistic方程呈现出明显的周期性或混沌行为：
当0<μ<1时，xn＝0为稳定不动点，即x值最终为0。
当1≤μ<3时，xn＝1-1/μ为稳定不动点，即经过迭代后，x值会稳定在1-1/μ。
当3≤μ<μ0＝3.5699456时，出现周期分岔现象。
当μ0<μ≤4时，Logistic系统运行于混沌状态，xn在(0，1)区间的某一范围内随机取值，μ值越接近4，xn的取值范围越大。
本实施例所述方案中取值为μ＝4、x0＝0.4，在此参数下，Logistic系统处于混沌状态，生成的混沌序列具有良好的相关特性。
(2)相位调制的步骤：
首先生成确定长度的logistic混沌序列(可基于MATLAB进行生成)，并生成一个周期的频率为载波频率的正弦波数据，然后根据混沌序列的取值来决定对应周期内载波信号的相位的偏移，具体相位调制规则为:
Phase＝Logistic_value*5π
这样可以充分的利用混沌序列良好的随机性与自相关特性。
然后需要将生成的混沌序列脉冲调制信号进行固定位宽的量化处理，转换成数字信号，并将此数字信号保存为coe格式的文件。
最后通过在FPGA中编写相应代码，将存储有混沌序列相位调制信号的coe文件作为RAM模块的初始化文件，并通过编程将RAM中的数据通过DAC(数字模拟转化器)子板进行输出，转化为模拟信号，经放大、滤波等操作后通过天线进行发射。其具体流程如图3所示。
在具体实施中，所述方案在发射端采用了基于Logistic混沌序列的相位调制信号，如图4所示，在接收端通过脉冲压缩、直达波去除、背景去除、阈值检测、增益调节等方法对回波信号进行处理，得到高分辨率高质量的B-scan图像。
市面上常见的为时域脉冲探地雷达，本实施例所述方案采用的是混沌探地雷达，与时域脉冲雷达最显著的区别是混沌探地雷达所接收到的回波信号并不能直接用来B-scan的成像，而需要通过脉冲压缩操作后，才能够得到高分辨率的B-scan图像。
由于增益调节、脉冲压缩这两步骤涉及运算量加大但算法较容易实现，因此这两步通过FPGA实现，而直达波去除、反褶积滤波、背景去除等操作则由上位机程序来实现。
具体的，以下对接收端的相关处理过程进行详细说明：
(1)增益调节
增益调节的目的是增大由于电磁波穿透路面造成极大衰减的雷达反射信号，从而达到能量均衡的效果。一般采用指数增益、分段线性增益、包络增益等。本设计使用的是指数增益补偿方法。
y'(n)＝y(n)kq
增益补偿的原理可由上式表示，式中y(n)为时域中第n个原始信号振幅，y'(n)时域中第n个增益补偿后信号振幅，k为信号编号，q为增益函数。
该步骤的具体操作方法为：将ADC(模数转换器)采集到的数据按时间的先后顺序以指数规律进行增益补偿，时间靠前ADC先接收到的数据来自浅层地表，电磁波传播经过距离短，衰弱较弱，所需要的增益补偿也较少；时间靠后ADC后接收到的数据来自深层地表，电磁波传播经过距离长，衰弱较强，所需要的增益补偿也较多。经过增益补偿后可以减弱地下介质衰减对电磁波回波的影响，有利于得到更加清晰的B-scan图像，以便于还原和分析地下介质分布。
增益补偿所用到的具体函数值通过MATLAB进行计算，并量化为离散的数字信号，在FPGA中进行补偿时通过移位相加操作代替乘法操作，缩短命令执行周期。
(2)脉冲压缩
脉冲压缩分为时域脉冲压缩和频域脉冲压缩，本实施例所述方案使用的是时域脉冲压缩。脉冲压缩理论通过调频或调相技术来增大编码信号的时宽，可以在不提高发射信号峰值功率的同时有效增大探地雷达的总功率，以提高探测距离，然后通过接收端对回波信号进行脉冲压缩处理获得窄脉冲，提升了分辨率，因而可以有效解决探测深度和距离分辨率之间的矛盾。脉冲压缩的核心是匹配滤波器，在FPGA中通过Xilinx FIR IP核实现。
(3)直达波去除
直达波去除为探地雷达领域信号处理的常用手段。具体操作步骤为先对数据进行截取，去除地面反射波数据后，再对剩余数据进行归一化处理，能够起到增强地下目标体回波的作用。
(4)反褶积滤波：
探地雷达发射的雷达波可以在同一界面上发生多次反射，在B-scan中表现为重复的分界面，使用反褶积滤波可以很好地消除多次反射，提高B-scan成像质量，呈现出更清晰的雷达图像，有助于图像诠释，提高探地雷达的垂向分辨率。传统的方法主要有最小平方法(Least Square Deconvolution)、脉冲反褶积(Spike Deconvolution)、预测反褶积(Predictive Deconvolution)等。本设计中使用的是预测反褶积。
(5)背景去除：
背景去除为探地雷达领域信号处理的常用手段。其目的为去除信号功率较大的浅层反射信号所形成的背景噪声，一般采用均值法进行背景去除。
上式为背景去除的原理公式，式中M表示A-scan信号的个数，N表示每个A-scan信号的采样点数，x(i,j)表示采集的原始数据，表示处理后的数据。
为了证明本实施例所述方案的有效性，本实施例通过gprMax仿真与MATLAB数据处理分析验证了方案的可行性。
gprMax是爱丁堡大学研发推出的一款经典的探地雷达数值模拟软件，基于时域有限差分算法(Finite-Difference Time-Domain Method：FDTD)和完全匹配层(PerfectMatched Layer：PML)吸收边界条件，模拟电磁波在地下介质中的传播过程。在GPRMAX软件的使用过程中，首先需要确定模型的参数，然后这些参数信息按照一定的格式编辑书写在文本文件中，再通过GPRMAX读取文件进行正演模拟。这些参数信息包括模型的大小、时窗大小等几何参量，天线的中心频率，测线道数，地下介质的物性参量等，其中地下介质的物性参量包括介质的相对介电常数、电导率、相对磁导率等电性信息。
下面基于gprMax软件仿真结果编写MATLAB程序对基于Logistic混沌序列的相位调制信号的探测效果进行仿真分析。
首先编写gprMax输入in文件，仿真模型3.6m×2.6m×0.01m，空间网格步长为0.01m，时窗为80ns，使用高斯脉冲作为激励源，160道测线，目标体为金属圆柱体，建模后使用paraview软件对模型进行可视化，模型可视化结果如图5所示。
使用常用的ricker子波信号与混沌序列调相信号比较，为了得到更加准确的结果，让ricker子波信号与混沌序列调相信号长度相近，本仿真使用的ricker子波信号长度为3393点，混沌序列调相信号长度为3380点，下面两张图为仿真探测效果。
由图6(a)至图6(b)可以分析得知，基于Logistic混沌序列的相位调制信号探测得到的图像，与基于现有商用探地雷达常用的ricker子波激励信号相比，探测分辨率更高，B-scan图像的细节更多，所携带的地下信息也更多，更有利于对地下结构进行准确的反演。
使用探地雷达对地下目标体进行探测时，是由发射天线发射电磁波信号，信号经过目标体反射后作为回波信号被接收天线接收，通过回波信号的图像显示获取地下目标体的位置分布等信息。但是在接收到的回波信号中，不仅仅有被测目标体的反射信号，还有地表直达波、地下其他介质杂波、附近建筑物产生的回波、随机噪声等各种杂波信号。这些杂波信号会干扰甚至掩盖被测目标体的反射信号，导致探地雷达的探测结果不够理想，影响工作人员对雷达数据的处理解释，从而无法准确识别地下目标体信息。由于杂波无法被完全消除，因此，通过技术手段对杂波信号进行抑制，同时保留或者凸显被测目标体的回波信号是十分必要的。
如表1所示，汇总了探地雷达常用的数据处理方法。
表1探地雷达常用数据处理方法
除了上表所列的内容外，还有另一种不常用的滤波，即反褶积滤波。这种滤波在路面探地雷达研究中有时很有用，但并不常见。反褶积算法是麻省理工学院的NorbertWiener于20世纪50年代首次提出的。在探地雷达检测中，接收到的原始信号是振幅与时间的函数。当雷达波信号穿透地面，遇到一些异常物体时，反射波会发生一定的变化。在某些特殊情况下，如果雷达波遇到了金属、水或两层介质之间存在明显的分离，信号可以在同一界面上发生多次反射。在这种情况下，原始信号实际上进行了“复制”的褶积运算，在雷达图像上则表现为一系列重复的介质分界面。使用反褶积滤波的目的则是去除这些重复，重现原始信号。
在得到Logistic混沌序列调相信号的回波信号后，综合上面提到的方法对回波数据进行处理，从而最终得到B-scan图像。如图7(a)至图7(b)所示，分别为使用不同处理方式得到的B-scan图像，图7(a)的处理方法为增益调节+脉冲压缩+反褶积滤波+背景去除，图7(b)的处理方法为增益调节+脉冲压缩+直达波去除+反褶积滤波+背景去除。
从仿真结果可以看出，与基于现有商用探地雷达常用的ricker子波激励信号得到的B-scan图像相比，使用Logistic混沌序列调相信号的探地雷达分辨率更高，B-scan图像的细节更多，所携带的地下信息也更多，更有利于对地下结构进行更加准确的反演。且经过直达波去除处理后，B-scan图像细节更加丰富，信号强弱对比更加突出，更有利于对地下结构的分析。
实施例二：
本实施例的目的是提供一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理系统。
一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理系统，包括：
信号生成单元，其用于生成基于混沌序列的相位调制信号；其中，所述混沌序列采用Logistic混沌序列；
信号发射单元，其用于以所述相位调制信号作为探地雷达发射信号对待测目标进行检测；
信号接收单元，其用于接收来自待测目标的回波信号，并经脉冲压缩获得探地雷达的脉冲响应；
信号处理单元，其用于对于所述脉冲响应，经直达波去除、反褶积滤波以及背景去除，获得探地雷达图像。
进一步的，本实施例所述系统与实施例中所述方法相对应，其技术细节在实施例一中已经进行了详细说明，故此处不再赘述。
在更多实施例中，还提供：
一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例一中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例一中所述的方法。
实施例一中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
上述实施例提供的一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法及系统可以实现，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法，其特征在于，包括:
生成基于混沌序列的相位调制信号；其中，所述混沌序列采用Logistic混沌序列；
以所述相位调制信号作为探地雷达发射信号对待测目标进行检测；
接收来自待测目标的回波信号，并经脉冲压缩获得探地雷达的脉冲响应；
对于所述脉冲响应，经直达波去除、反褶积滤波以及背景去除，获得探地雷达图像。
2.如权利要求1所述的一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法，其特征在于，所述基于混沌序列的相位调制信号的生成具体为：
确定Logistic模型的分叉参数以及Logistic混沌序列的初始取值，使Logistic模型处于混沌状态，并生成预设长度的Logistic混沌序列；
基于生成的混沌序列以及对应生成的频率为载波频率的正弦波数据；
根据混沌序列的取值确定对应周期内载波信号相位偏移，并根据预设相位调制规则进行相位调制。
3.如权利要求2所述的一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法，其特征在于，所述对待测目标进行检测，具体为：对于生成的相位调制信号进行固定位宽的量化处理，转换成数字信号；将所述数字信号保存为coe格式的文件；在FPGA中将存储有混沌序列相位调制信号的coe文件作为RAM模块的初始化文件，并将RAM中的数据转化为模拟信号；经放大及滤波操作后通过天线进行发射，实现对待测目标的检测。
4.如权利要求1所述的一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法，其特征在于，所述Logistic混沌序列具体表示为：
xn+1＝μxn(1-xn),μ∈[0,4],xn∈[0,1]
其中，μ为分岔参数，xn与xn+1为Logistic混沌序列相邻两点的取值，μ0＝3.5699456<μ≤4时，Logistic系统运行于混沌状态，xn在(0，1)区间的某一范围内随机取值，μ值越接近4，xn的取值范围越大。
5.如权利要求1所述的一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法，其特征在于，所述经脉冲压缩获得探地雷达的脉冲响应，具体采用时域脉冲压缩。
6.如权利要求1所述的一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法，其特征在于，所述经直达波去除，具体为：通过对脉冲响应数据进行截取，去除地面反射波数据，并对剩余数据进行归一化处理。
7.如权利要求1所述的一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法，其特征在于，所述反褶积滤波采用预测反褶积方法。
8.一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理系统，其特征在于，包括：
信号生成单元，其用于生成基于混沌序列的相位调制信号；其中，所述混沌序列采用Logistic混沌序列；
信号发射单元，其用于以所述相位调制信号作为探地雷达发射信号对待测目标进行检测；
信号接收单元，其用于接收来自待测目标的回波信号，并经脉冲压缩获得探地雷达的脉冲响应；
信号处理单元，其用于对于所述脉冲响应，经直达波去除、反褶积滤波以及背景去除，获得探地雷达图像。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的一种高分辨率探地雷达收发系统信号处理方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117572416A (zh) * | 2024-01-15 | 2024-02-20 | 深圳安德空间技术有限公司 | 一种基于时间扩展架构的厘米级超宽带探地雷达系统 |
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- 2023-06-21 CN CN202310741409.8A patent/CN116908841A/zh active Pending
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| CN117572416B (zh) * | 2024-01-15 | 2024-03-29 | 深圳安德空间技术有限公司 | 一种基于时间扩展架构的厘米级超宽带探地雷达系统 |
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