中文摘要：

阵列天线探地雷达应用于道路探测、建筑物质量评估和地下管线探测是当前的一个研究热点。其中的关键技术是阵列天线扫描下分层媒质中浅目标的高分辨成像，它严重制约着探地雷达的有效应用。本项目以此为研究目标，从浅目标的电磁参数反演和强散射中心的高分辨成像两个方面展开研究。对体散射型目标，分析电磁波在分层媒质中的传播特性，设计合适的窗函数对非均匀采样数据进行加权处理，建立散射数据与目标函数间的谱域映射关系，实现快速成像。对散射中心型目标，设计加权因子对散射回波进行校正处理，包括针对背景媒质的非线性校正和针对时延曲线处散射回波的线性校正，再进行成像运算。进一步地，当背景媒质电磁参数未知时，运用压缩感知理论建立背景媒质电磁参数和目标成像结果的联合反演处理框架，研究联合字典矩阵和随机采样矩阵的生成方法以及优化问题的建立和求解方法，实现未知背景媒质电磁参数下的高分辨成像。并用仿真和实测数据进行方法验证。

结论摘要：

在国家自然科学基金委员会的资助下，项目组开展了阵列天线探地雷达对分层媒质中浅层目标的高分辨成像方法研究。发表了8篇论文，其中SCI检索2篇，EI检索4篇，ISTP检索1篇，申请了6项国家发明专利，其中已有3项获得授权。主要研究成果如下（1）提出了一种探地雷达多尺度后向投影成像方法首先对整个成像区域进行大尺度粗网格成像，获得目标的大致位置。然后对目标的大致位置范围进行小尺度精细网格划分并成像，其他区域的小尺度成像结果直接用相应位置处的大尺度成像结果填充。该成像方法一方面保证了目标区域范围内的精细成像，另一方面大大降低了整个成像过程的运算量。（2）提出了一种探地雷达加窗加权后向投影成像方法传统的基于整个扫描长度的时延曲线上散射回波的加权成像存在误差。为提高成像质量，提出了加窗加权的后向投影成像方法。该方法对某个成像单元进行成像处理时，仅对该成像单元对应的有效范围内的散射数据进行加权相加处理，避免了传统方法对整个扫描范围内散射数据的加权处理，提高了成像质量。（3）提出了一种探地雷达加窗距离偏移成像方法。提出了GPR阵列天线加窗距离偏移成像方法，首先对原始雷达记录剖面进行预处理，逐列进行加窗和一维傅里叶变换。然后进行空间维的加窗和一维傅里叶变换。窗函数的中心点根据各列能量值最大值所在的空间采样点而定；最后进行谱域填充和二维逆傅里叶变换，得到二维成像结果。（4）提出了一种探地雷达多尺度加窗加权后向投影成像方法。首先对整个成像区域进行大尺度粗网格成像，获得目标的大致位置。成像过程中，采用加窗加权的后向投影因子替代原有的后向投影因子。然后对目标的大致位置范围进行小尺度精细网格划分并成像。多尺度成像保证了成像处理的快速和实时性，加窗加权因子保证了成像结果的高分辨率。以上所研究的成像方法，分别运用仿真和实测数据进行了实验验证。实验结果表明与现有的成像方法相比，成像质量显著提高，成像处理的运算量大幅降低，从分辨力和成像速度两个方面提高了GPR数据处理的能力。该项目的研究，对推动GPR信号处理技术的发展具有重要的理论价值，对提高GPR的应用能力具有重要的现实意义。