多发多收雷达的折射光路确定方法和成像方法

1.本发明涉及数据处理领域，更具体地涉及一种多发多收雷达的折射光路确定方法和成像方法。


背景技术：

2.多发多收的阵列式探地雷达是通过使用多个接收天线和发射天线组成天线阵列，形成多个基线对次表层进行探测的雷达探测方式。相较于传统单发单收的探测方式，阵列式雷达可以在一次探测中获取多基线的探测数据，从而在条件有限的情况下完成对相关区域的探测。
3.月壤结构探测仪(lrpr，lunar regolith penetrating radar)是一种典型的阵列式探地雷达。该雷达搭载于嫦娥五号着陆器，是首次应用在地外天体探测领域的阵列式探地雷达。lrpr搭载于嫦娥五号着陆器底部，受限于着陆器系统不可自主在月表移动的特性，lrpr需要保持静止在月面进行探测，因此lrpr采用十二个超宽带vivaldi天线构成多发多收的天线阵列。这其中第一至第十号天线呈直线分布，第十一号天线和前十号天线共水平面(高度相同)，第十二号天线则是单独位于另一个高度。在同一时间，系统可以选择任意两个天线结对进行发射、接收，通过对收发天线排列组合，共可以获取132条基线，一次对天线阵列下方区域的月球次表层结构的探测和成像。
4.普通的单发单收探地雷达进行探测时，天线之间的相对几何关系时不变的，雷达对一片区域的探测是通过移动雷达本身达成的。固定的天线相对位置使得雷达图各个单道数据的时间延迟代表的意义是相同的，也就是说，不同单道数据的相同的时间延迟对应的是雷达不同探测位置的相同深度的探测信息。因此，此时若直接将单道数据排列成雷达图，就可以获得直观的次表层结构信息。有别于这种普通的雷达图，由于月壤结构探测仪多发多收、天线分布不均匀的特性，其单道数据之间收发天线的几何关系不同，使得各单道数据时间延迟和次表层散射体位置的关系不确定。在进行雷达探测后，为获取人可以解读的次表层结构图，还需要对雷达探测数据进行成像处理。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本发明提供了一种多发多收雷达的折射光路确定方法和成像方法。
6.根据本发明的第一个方面，提供了一种多发多收雷达的折射光路确定方法，包括：根据雷达的探测剖面区域，在预设坐标系中得到雷达成像的范围矩阵，所述范围矩阵中包括多个散射体；针对每一个散射体，计算与散射体对应的单侧光程信息，得到多个散射体的单侧光程信息；以及根据所述多个散射体的单侧光程信息，确定折射光路；其中，所述单侧光程信息为电磁波从天线位置传播到散射体的时间延迟信息；所述与散射体对应的单侧光程信息包括与散射体对应的每个天线的单侧光程信息。
7.根据本发明的实施例，所述预设坐标系是通过以下方式得到的：设定所述雷达所
探测区域的真空与土壤分层模型；以及基于所述真空与土壤分层模型，根据探测区域和天线位置建立所述预设坐标系。
8.根据本发明的实施例，所述多发多收雷达的折射光路确定方法还包括：基于光程最短原理计算所述与散射体对应的单侧光程信息。
9.根据本发明的第二个方面，提供了一种成像方法，包括：获取折射光路，所述折射光路包括光程信息的集合，所述光程信息包括与每个天线对应的单侧光程信息；根据所述光程信息的集合，确定多个电磁波的传播延迟信息；根据所述多个电磁波的传播延迟信息，得到对齐后的多个散射体信号；以及根据所述对齐后的多个散射体信号，利用交叉相关的方式，生成目标图像；其中，所述折射光路是利用本发明提供的方法得到的。
10.根据本发明的实施例，所述根据所述多个电磁波的传播延迟信息，得到对齐后的多个散射体信号，包括：根据所述总时间延迟进行补偿对齐处理，得到对齐后的多个散射体信号。
11.根据本发明的实施例，所述根据所述对齐后的多个散射体信号，利用交叉相关的方式，生成目标图像包括：根据所述对齐后的多个散射体信号，利用交叉相关的方式，得到每一个散射体在范围矩阵中的亮度信息；以及根据所述亮度信息，生成目标图像。
12.本发明的第三方面提供了一种多发多收雷达的折射光路确定装置，包括：第一获得模块，用于根据雷达的探测剖面区域，在预设坐标系中得到雷达成像的范围矩阵，所述范围矩阵中包括多个散射体；第二获得模块，用于针对每一个散射体，计算与散射体对应的单侧光程信息，得到多个散射体的单侧光程信息；以及第一确定模块，用于根据所述多个散射体的单侧光程信息，确定折射光路；其中，所述单侧光程信息为电磁波从天线位置传播到散射体的时间延迟信息；所述与散射体对应的单侧光程信息包括与散射体对应的每个天线的单侧光程信息。
13.本发明的第四方面提供了一种成像装置，包括：第一获取模块，用于获取折射光路，所述折射光路包括光程信息的集合，所述光程信息包括与每个天线对应的单侧光程信息；第二确定模块，用于根据所述光程信息的集合，确定多个电磁波的传播延迟信息；对齐处理模块，用于根据所述多个电磁波的传播延迟信息，得到对齐后的多个散射体信号；以及生成图像模块，用于根据所述对齐后的多个散射体信号，利用交叉相关的方式，生成目标图像；其中，所述折射光路是利用本发明提供的装置得到的。
14.本发明的第五方面提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述公开的方法。
15.本发明的第六方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行上述公开的方法。
附图说明
16.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
17.图1示意性示出了根据本发明实施例的多发多收雷达的折射光路确定方法的流程图；
18.图2示意性示出了根据本发明实施例的时间延迟信息的示意图；
19.图3示意性示出了根据本发明实施例的成像方法的流程图；
20.图4a示意性示出了根据本发明实施例的雷达成像时使用的原始数据的示意图；
21.图4b示意性示出了根据本发明实施例的目标图像的示意图；
22.图5示意性示出了根据本发明实施例的多发多收雷达的折射光路确定装置的结构框图；
23.图6示意性示出了根据本发明实施例的成像装置的结构框图以及
24.图7示意性示出了根据本发明实施例的适于实现多发多收雷达的折射光路确定方法和/或成像方法的电子设备的方框图。
具体实施方式
25.以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
26.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
27.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
28.在使用类似于“a、b和c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。
29.通过图1对公开实施例的多发多收雷达的折射光路确定方法进行详细描述。
30.图1示意性示出了根据本发明实施例的多发多收雷达的折射光路确定方法的流程图。如图1所示，该实施例包括操作s101～操作s103。
31.在操作s101，根据雷达的探测剖面区域，在预设坐标系中得到雷达成像的范围矩阵，范围矩阵中包括多个散射体。
32.预设坐标系是通过以下方式得到的：设定雷达所探测区域的真空与土壤分层模型；以及基于真空与土壤分层模型，根据探测区域和天线位置建立预设坐标系。
33.在操作s102，针对每一个散射体，计算与散射体对应的单侧光程信息，得到多个散射体的单侧光程信息。
34.单侧光程信息为电磁波从天线位置传播到散射体的时间延迟信息；与散射体对应的单侧光程信息包括与散射体对应的每个天线的单侧光程信息。
35.基于光程最短原理计算与散射体对应的单侧光程信息。
36.在操作s103，根据多个散射体的单侧光程信息，确定折射光路。
37.可以理解，阵列式探地雷达在成像过程中，可以分为计算次表层散射体对应各天线的光路信息和令单道雷达信号之间对齐并交叉相关两个部分。其中，对齐单道雷达信号前，需要先计算散射体对应于各天线的光路信息。而本发明提供的多发多收雷达的折射光路确定方法，可以得到包括与每个天线对应的单侧光程信息的折射光路。
38.举例来说，在探测介质模型、天线位置已知的前提下，计算任意三维次表层散射体对应的光路。
39.步骤1、例如，设定雷达所探测区域的真空与土壤分层模型，该分层模型包括各个分层的介电常数信息和位置信息。例如，设定月壤结构探测仪所探测区域的真空-月壤分层模型。
40.步骤2、例如，以探测区域、天线位置为基础建立成像坐标系。例如，以探测区域为基础建立成像坐标系，令真空-月壤分界面为z＝0，其中z＜0区域为真空，z＞0区域为月壤；月壤结构探测仪的一号天线位置为建立坐标系。
41.步骤3、根据雷达的探测剖面区域，从坐标系中建立得到雷达成像的范围矩阵。该成像范围矩阵，以嫦娥五号月壤结构探测仪举例，它的天线在0≤x≤1.56m，y＝0区域的覆盖率最高，综合其探测深度2.5m，选择成像区域为0≤x≤1.56m，0≤z≤2.5m，y＝0。当天线在y方向的覆盖范围足够大时，成像矩阵也可以相应在y维度进行扩展。
42.步骤4、在成像范围矩阵中选取一点(x,y,z)为假想散射体；对n(如12)个天线，分别计算其相对假想散射体的单侧光程τn(x,y,z)
…
(1≤n≤n)。该单侧光程指电磁波从天线位置传播到假想散射点的时间延迟，其计算方法可以采用基于光程最短原理的优化方法。同时需要说明的是，基于光路可逆的原理，单侧光程也是假想散射点的散射回波传播回相应天线的光程。
43.步骤5、对成像范围矩阵的所有(x,y,z)点，重复步骤1-4，得到所有的单侧光程信息。
44.图2示意性示出了根据本发明实施例的时间延迟信息的示意图。参见图2，假定折射面位于z＝0,x轴、y轴共同决定了入射点的位置，z轴则是计算得到的电磁波传播延迟，基于费马原理，散射点应该处在图2所展示的时间延迟曲面的极值点，因此曲面上极小值点所在的(x,y)点对就代表了真正的入射点所在的位置。本例中，天线位于(0,0,-0.88)，散射点位于(1.3,0,0.9)。
45.通过图3对公开实施例的成像方法进行详细描述。
46.图3示意性示出了根据本发明实施例的成像方法的流程图。如图3所示，该实施例包括操作s301～操作s304。
47.在操作s301，获取折射光路，折射光路包括光程信息的集合，光程信息包括与每个天线对应的单侧光程信息。
48.例如，折射光路是利用本发明提供的的多发多收雷达的折射光路确定方法得到的。
49.例如，通过光学追踪的方法，利用光程最短原理计算电磁波辐射出天线后经过真空与月壤界面上的折射光路。
50.在操作s302，根据光程信息的集合，确定多个电磁波的传播延迟信息。
51.单侧光程信息包括发射侧的光程信息和接收侧的光程信息；根据光程信息的集
合，确定多个电磁波的传播延迟信息，包括：针对任一个电磁波，根据发射侧的光程信息和接收侧的光程信息，计算任一个电磁波的总时间延迟；以及将总时间延迟作为任一个电磁波的传播延迟信息。
52.本步骤可以准确计算电磁波的传播延迟。
53.在操作s303，根据多个电磁波的传播延迟信息，得到对齐后的多个散射体信号。
54.根据多个电磁波的传播延迟信息，得到对齐后的多个散射体信号，包括：根据总时间延迟进行补偿对齐处理，得到对齐后的多个散射体信号。
55.本步骤可以将来自任意的方向与深度向位置的散射体信号对齐。
56.在操作s304，根据对齐后的多个散射体信号，利用交叉相关的方式，生成目标图像。
57.根据对齐后的多个散射体信号，利用交叉相关的方式，生成目标图像包括：根据对齐后的多个散射体信号，利用交叉相关的方式，得到每一个散射体在范围矩阵中的亮度信息；以及根据亮度信息，生成目标图像。
58.本发明提供的成像方法，可以应用于阵列式探地雷达，对雷达探测数据进行成像。
59.举例来说，基于交叉相关的三维阵列式探地雷达的成像。
60.步骤1、选取假想散射点(x,y,z)，选取第i道雷达数据开始处理，记第i道雷达数据相应的发射天线为m号天线，接收天线为n号天线。
61.步骤2、组合发射侧和接收侧的光程，得到总时间延迟τi(x,y,z)＝τm(x,y,z)+τn(x,y,z)。
62.步骤3、以总时间延迟τi(x,y,z)对雷达单道数据进行补偿，将单道数据对齐。
63.步骤4、计总雷达道数为j，对1≤i≤j，重复步骤1-3；
64.步骤5、令j道对齐后的雷达单道数据两两进行零延迟交叉相关，记所有交叉相关结果的和为(x,y,z)处的亮度i(x,y,z)；
65.步骤6、对成像范围矩阵的所有(x,y,z)点，重复步骤1-5，得到总亮度矩阵。
66.优选的，为了减少噪声、干扰信号对成像质量的影响，步骤4中的零延迟交叉相关，参与计算的信号长度可以和雷达发射的脉冲信号的脉冲长度相当。
67.可以理解，当天线的位置和探测区域的模型确定后，即可对探测区域进行高精度成像，成像结果和雷达设计分辨率相匹配。由于其直接通过光线追踪的方法计算电磁波的传播，因此不必限制天线存在于同一平面，适用于任意的天线配置和工作状况。
68.为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面实施例。
69.以一组月壤结构探测仪的一组实测数据为例，参见图4a，图4a示意性示出了根据本发明实施例的雷达成像时使用的原始数据的示意图。
70.第一部分：计算次表层散射体对应各天线的光路信息。
71.首先是建立成像坐标系，并计算最终成像中各假想散射点对应12个天线的时间延迟。
72.步骤1、设定月壤结构探测仪所探测区域的真空-月壤分层模型。本实施例计算埋藏物的光程时需要了解真空-月壤的交界处以及月壤的介电常数，才能准确地计算出应有的光路。实践时，通常假设探测空间为一个半无限的真空和一个半无限的月壤层拼接而成，
而月壤的介电常数可以采用阿波罗计划或嫦娥五号的月壤样品测得的月壤介电常数，或利用雷达数据进行估计。真空的相对介电常数为1，月壤的相对介电常数在这里记为∈r。
73.步骤2、以探测区域为基础建立成像坐标系。为了使生成的目标图像便于理解，通常取真空-月壤分界面为z＝0的平面，并以月壤层方向为正方向。取嫦娥五号着陆器一号天线位置为x方向和y方向的零点，其中嫦娥五号一号到十号天线共线，以此为x方向，其垂直方向为y方向。此时，z≤0区域为真空层，z≥0为月壤层；x≥0区域为月壤结构探测仪天线覆盖区域；y＝0区域是天线覆盖最为密集的区域。这样建立的坐标系和雷达的探测目标相匹配，便于解读。
74.步骤3、从坐标系中选择雷达成像剖面范围，建立的范围矩阵。月壤结构探测仪无法移动，因此其探测区域被设定于天线可以覆盖的区域，也就是一号天线至十号天线之间的1.56米区域。基于地面验证试验，其探测深度设定为2.5米。因此成像区域为0≤x≤1.56m，0≤z≤2.5m，y＝0。
75.步骤4、在成像范围矩阵中选取一点(x,0,z)为假想散射体，对12个天线，分别计算其相对假想散射体的单侧光程。选取区域内的一点(x,0,z)，它和天线之间间隔真空-月壤的分界，电磁波在界面上会出现折射，因此需要解算折射光路。记m号天线的位置为(x
ma
,y
ma
,z
ma
)，折射的入射点为(xi,yi,0)，此时完整的单侧光程表述为：
[0076][0077]
其中，仅有(xi,yi)是未知数。根据费马原理，光传播的路径是光程取极值的路径，因此通过最小化τ
ma
(x,z,xi,yi)。
[0078][0079]
解出(xi,yi)，记为(x
′i,y
′i)，继而得到对应的单侧光程。
[0080][0081]
步骤5、对成像范围矩阵的所有(x,0,z)点，重复步骤1-4，得到所有的单侧光程信息。由于成像是以图像的方式呈现，因此需要成像的范围是一个对0≤x≤1.56m，0≤z≤2.5m，y＝0区域采样得到的矩阵，只需要对各个像素点重复步骤1-4，即可获取所有需要的单侧光程信息。
[0082]
第二部分：利用基于得到的时间延迟来进行交叉相关成像。
[0083]
步骤1、选取假想散射点(x,0,z)，选取第i道雷达数据开始处理，记第i道雷达数据相应的发射天线为m号天线，接收天线为n号天线。
[0084]
步骤2、组合发射侧和接收侧的光程，得到总时间延迟。由于光路可逆的原理，发射侧光程和接收侧光程都可以被简化成单侧光程，这里只需要累加两个单侧光程即可得到总的时间延迟。
[0085]
τi(x,0,z)＝τm(x,0,z)+τn(x,0,z)
[0086]
步骤3、将对应的雷达单道数据以总时间延迟τi(x,0,z)进行对齐。记雷达单道数据为si(t)，此时t＝0代表脉冲信号刚从发射天线中辐射出；对齐信号的目的是令t＝0代表该散射点的脉冲信号正好到达接收天线处，对齐后的信号表述为：
[0087]s′i(t)＝si(t+τi(x,0,0z))
[0088]
步骤4、对1≤i≤132，重复步骤1-3。此时所有的雷达信号t＝0处都为(x,0,z)点的散射回波到达接收天线的时间点。
[0089]
步骤5、令132道对齐后的雷达单道数据两两进行零延迟交叉相关，记所有交叉相关结果的和为(x,0,z)处的亮度i(x,0,z)。交叉相关的意义是作为匹配滤波器提取出散射点的回波能量信息，因此交叉相关的时间长度不会长于雷达脉冲信号的时间宽度，时间宽度记为τ
p
。取第i道数据和第j道数据进行交叉相关，表述为：
[0090][0091]
叠加所有交叉相关的结果可以综合所有观测基线的数据，增强信噪比和成像分辨率，得到最终亮度值为：
[0092][0093]
步骤6、对成像范围矩阵的所有像素点，重复步骤1-5，得到总亮度矩阵，即为成像矩阵，参见图4b，图4b示意性示出了根据本发明实施例的目标图像的示意图。
[0094]
图5示意性示出了根据本发明实施例的多发多收雷达的折射光路确定装置的结构框图。
[0095]
如图5所示，该实施例的多发多收雷达的折射光路确定装置500包括第一获得模块510、第二获得模块520和第一确定模块530。
[0096]
第一获得模块510，用于根据雷达的探测剖面区域，在预设坐标系中得到雷达成像的范围矩阵，所述范围矩阵中包括多个散射体；第二获得模块520，用于针对每一个散射体，计算与散射体对应的单侧光程信息，得到多个散射体的单侧光程信息；以及第一确定模块530，用于根据所述多个散射体的单侧光程信息，确定折射光路；其中，所述单侧光程信息为电磁波从天线位置传播到散射体的时间延迟信息；所述与散射体对应的单侧光程信息包括与散射体对应的每个天线的单侧光程信息。
[0097]
根据本发明的实施例，第一获得模块510、第二获得模块520和第一确定模块530中的任意多个模块可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本发明的实施例，第一获得模块510、第二获得模块520和第一确定模块530中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑阵列(pla)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(asic)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，第一获得模块510、第二获得模块520和第一确定模块530中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。
[0098]
图6示意性示出了根据本发明实施例的成像装置的结构框图。
[0099]
如图6所示，该实施例的成像装置600包括第一获取模块610、第二确定模块620、对齐处理模块630和生成图像模块640。
[0100]
第一获取模块610，用于获取折射光路，所述折射光路包括光程信息的集合，所述光程信息包括与每个天线对应的单侧光程信息；第二确定模块620，用于根据所述光程信息的集合，确定多个电磁波的传播延迟信息；对齐处理模块630，用于根据所述多个电磁波的传播延迟信息，得到对齐后的多个散射体信号；以及生成图像模块640，用于根据所述对齐后的多个散射体信号，利用交叉相关的方式，生成目标图像。
[0101]
例如，折射光路是利用本发明提供的多发多收雷达的折射光路确定装置得到的。
[0102]
根据本发明的实施例，第一获取模块610、第二确定模块620、对齐处理模块630和生成图像模块640中的任意多个模块可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本发明的实施例，第一获取模块610、第二确定模块620、对齐处理模块630和生成图像模块640中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑阵列(pla)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(asic)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，第一获取模块610、第二确定模块620、对齐处理模块630和生成图像模块640中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。
[0103]
图7示意性示出了根据本发明实施例的适于实现多发多收雷达的折射光路确定方法和/或成像方法的电子设备的方框图。
[0104]
如图7所示，根据本发明实施例的电子设备700包括处理器701，其可以根据存储在只读存储器(rom)702中的程序或者从存储部分708加载到随机访问存储器(ram)703中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器701例如可以包括通用微处理器(例如cpu)、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(asic))等等。处理器701还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器701可以包括用于执行根据本发明实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
[0105]
在ram 703中，存储有电子设备700操作所需的各种程序和数据。处理器701、rom702以及ram 703通过总线704彼此相连。处理器701通过执行rom 702和/或ram 703中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。需要注意，所述程序也可以存储在除rom 702和ram 703以外的一个或多个存储器中。处理器701也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。
[0106]
根据本发明的实施例，电子设备700还可以包括输入/输出(i/o)接口705，输入/输出(i/o)接口705也连接至总线704。电子设备700还可以包括连接至i/o接口705的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分706；包括诸如阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)等以及扬声器等的输出部分707；包括硬盘等的存储部分708；以及包括诸如lan卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分709。通信部分709经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器710也根据需要连接至i/o接口705。可拆卸介质711，诸如磁盘、光盘、磁光盘、
半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器710上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分708。
[0107]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本发明实施例的方法。
[0108]
根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如，根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的rom 702和/或ram 703和/或rom 702和ram 703以外的一个或多个存储器。
[0109]
本发明的实施例还包括一种计算机程序产品，其包括计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。当计算机程序产品在计算机系统中运行时，该程序代码用于使计算机系统实现本发明实施例所提供的多发多收雷达的折射光路确定方法和/或成像方法。
[0110]
在该计算机程序被处理器701执行时执行本发明实施例的系统/装置中限定的上述功能。根据本发明的实施例，上文描述的系统、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
[0111]
在一种实施例中，该计算机程序可以依托于光存储器件、磁存储器件等有形存储介质。在另一种实施例中，该计算机程序也可以在网络介质上以信号的形式进行传输、分发，并通过通信部分709被下载和安装，和/或从可拆卸介质711被安装。该计算机程序包含的程序代码可以用任何适当的网络介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。
[0112]
在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分709从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质711被安装。在该计算机程序被处理器701执行时，执行本发明实施例的系统中限定的上述功能。根据本发明的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
[0113]
根据本发明的实施例，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明实施例提供的计算机程序的程序代码，具体地，可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。程序设计语言包括但不限于诸如java，c++，python，“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0114]
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代
表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0115]
本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权项中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权项中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。
[0116]
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权项及其等同物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

技术特征：
1.一种多发多收雷达的折射光路确定方法，包括：根据雷达的探测剖面区域，在预设坐标系中得到雷达成像的范围矩阵，所述范围矩阵中包括多个散射体；针对每一个散射体，计算与散射体对应的单侧光程信息，得到多个散射体的单侧光程信息；以及根据所述多个散射体的单侧光程信息，确定折射光路；其中，所述单侧光程信息为电磁波从天线位置传播到散射体的时间延迟信息；所述与散射体对应的单侧光程信息包括与散射体对应的每个天线的单侧光程信息。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预设坐标系是通过以下方式得到的：设定所述雷达所探测区域的真空与土壤分层模型；以及基于所述真空与土壤分层模型，根据探测区域和天线位置建立所述预设坐标系。3.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于光程最短原理计算所述与散射体对应的单侧光程信息。4.一种成像方法，包括：获取折射光路，所述折射光路包括光程信息的集合，所述光程信息包括与每个天线对应的单侧光程信息；根据所述光程信息的集合，确定多个电磁波的传播延迟信息；根据所述多个电磁波的传播延迟信息，得到对齐后的多个散射体信号；以及根据所述对齐后的多个散射体信号，利用交叉相关的方式，生成目标图像；其中，所述折射光路是利用权利要求1至3任一项所述的多发多收雷达的折射光路确定方法得到的。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述单侧光程信息包括发射侧的光程信息和接收侧的光程信息；所述根据所述光程信息的集合，确定多个电磁波的传播延迟信息，包括：针对任一个电磁波，根据发射侧的光程信息和接收侧的光程信息，计算所述任一个电磁波的总时间延迟；以及将所述总时间延迟作为所述任一个电磁波的传播延迟信息。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述根据所述多个电磁波的传播延迟信息，得到对齐后的多个散射体信号，包括：根据所述总时间延迟进行补偿对齐处理，得到对齐后的多个散射体信号。7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述根据所述对齐后的多个散射体信号，利用交叉相关的方式，生成目标图像包括：根据所述对齐后的多个散射体信号，利用交叉相关的方式，得到每一个散射体在范围矩阵中的亮度信息；以及根据所述亮度信息，生成目标图像。8.一种多发多收雷达的折射光路确定装置，包括：第一获得模块，用于根据雷达的探测剖面区域，在预设坐标系中得到雷达成像的范围矩阵，所述范围矩阵中包括多个散射体；第二获得模块，用于针对每一个散射体，计算与散射体对应的单侧光程信息，得到多个散射体的单侧光程信息；以及
第一确定模块，用于根据所述多个散射体的单侧光程信息，确定折射光路；其中，所述单侧光程信息为电磁波从天线位置传播到散射体的时间延迟信息；所述与散射体对应的单侧光程信息包括与散射体对应的每个天线的单侧光程信息。9.一种成像装置，包括：第一获取模块，用于获取折射光路，所述折射光路包括光程信息的集合，所述光程信息包括与每个天线对应的单侧光程信息；第二确定模块，用于根据所述光程信息的集合，确定多个电磁波的传播延迟信息；对齐处理模块，用于根据所述多个电磁波的传播延迟信息，得到对齐后的多个散射体信号；以及生成图像模块，用于根据所述对齐后的多个散射体信号，利用交叉相关的方式，生成目标图像；其中，所述折射光路是利用权利要求8所述的多发多收雷达的折射光路确定装置得到的。10.一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至7中任一项所述的方法。

技术总结
本发明提供了一种多发多收雷达的折射光路确定方法。该多发多收雷达的折射光路确定方法包括：根据雷达的探测剖面区域，在预设坐标系中得到雷达成像的范围矩阵，范围矩阵中包括多个散射体；针对每一个散射体，计算与散射体对应的单侧光程信息，得到多个散射体的单侧光程信息；以及根据多个散射体的单侧光程信息，确定折射光路；其中，单侧光程信息为电磁波从天线位置传播到散射体的时间延迟信息；与散射体对应的单侧光程信息包括与散射体对应的每个天线的单侧光程信息。本发明还提供了一种成像方法。像方法。像方法。


技术研发人员：张宗煜 苏彦 李春来 戴舜 周建锋 孔德庆 朱新颖
受保护的技术使用者：中国科学院国家天文台
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/8/13