探地雷达合成孔径成像算法及实现

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1、硕士学位论文探地雷达合成孔径成像算法及实现ALGORITHMANDIMPLEMENTATIONOFSYNTHETICAPERTUREIMAGINGFORGROUNDPENETRATINGRADAR张明昊哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TN957.52学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文探地雷达合成孔径成像算法及实现硕士研究生：张明昊导师：李高鹏申请学位：工程硕士学科：电子与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Class

2、ifiedIndex:TN957.52U.D.C:621.3DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringALGORITHMANDIMPLEMENTATIONOFSYNTHETICAPERTUREIMAGINGFORGROUNDPENETRATINGRADARCandidate：ZhangMinghaoSupervisor：LiGaopengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Informationa

3、ndCommunicationEngineeringAffiliation：SchoolofElectronicsandInformationTechnologyDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要探地雷达属于超宽带雷达的一种，基于电磁波在介质不连续处产生反射的机理来反演不可视的地下环境，能够较好地实现地下目标的探测与识别，被广泛应用于公路地基检测、矿产勘查、灾

4、害搜救、军事安保等领域。在现有的GPR数据解释方法中，直接对地下环境进行二维剖面高分辨率成像较为简单，且更容易辨识地下目标。通常情况下由于收发天线贴近地表，导致回波信号中包含了很大的地表反射回波能量和其他非目标干扰，严重影响成像质量。即使去除了这些干扰信号，目标在Bscan图像中仍然呈现未聚焦的双曲线形状，使得操作人员难以确定目标的准确位置、形状和大小。合成孔径（SAR）技术成功解决了上述问题，在多个孔径处搜集成像点的散射幅度信息，使成像结果更加准确。本文着重论述了探地雷达系统的基本原理、信号处理的基本方法和合成孔

5、径成像算法，以电磁逆散射理论为基础重点研究了地下场景的二维成像，并针对经典后向投影（BackProjection，BP）成像算法进行了改进。BP算法的原理与计算机层析技术类似，都是基于“延时-求和”。由于该算法在抑制杂波及旁瓣能量的方面存在不足，在研究中采用幅度加权和互相关处理的方式抑制杂波及旁瓣能量，获得了较好的效果。FPGA自从1984年由XILINX公司发明以来，逐渐引起了全球集成电路格局的变化。随着数字信号处理对系统要求越来越高，FPGA已经取代DSP、微处理器及ASIC，成为目前发展最迅猛的热门技术之一。X

6、ILINXSystemGenerator软件能够自动地将设计转换成可靠、可综合且有效的硬件实现，顺应了工具为人服务的思想，符合当今电子设计潮流。本文利用SystemGenerator对时域上的经典后向投影成像算法进行了模型化设计，利用XILINX子库中的模块搭建了算法模型，在Simulink中进行了仿真，并采用硬件协同仿真的方式验证了算法在芯片上运行的可靠性。关键词：合成孔径；后向投影；SystemGenerator；FPGAI哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractGroundpenetratingradar

7、isakindofultrawidebandradar,theunseenundergroundenvironmentcanberetrievedbasedonthemechanismofthereflectionoftheelectromagneticwaveinthediscontinuityofthemedium,thedetectionandrecognitionofundergroundtargetscanbeachievedwell.Groundpenetratingradarhasbeenwidelyu

8、sedinhighwayfoundationdetection,mineralexploration,disasterrescue,militarysecurityandotherfields.IntheexistingGPRdatainterpretationmethod,two-dimensionalhigh-resolutionimagi