15、基于复值自组织映射的探地雷达成像系统在塑料地雷检测中的应用

基于复值自组织映射的探地雷达成像系统在塑料地雷检测中的应用

1. 引言

在检测杀伤人员塑料地雷的研究中，我们致力于利用复值自组织映射（CSOM）处理散射和/或反射电磁波的复振幅（幅度和相位）数据，以实现对塑料地雷的可视化。探地雷达（GPR）在工作时，由于地面表面、土块、石头、未爆炸弹药和爆炸后的金属碎片等因素，会产生强烈的杂波，因此需要以较高的正确判别率将塑料地雷与其他物体区分开来。我们的系统关注空间和频域中的复振幅纹理，而非传统雷达系统中使用的强度，提取纹理特征后将其输入到CSOM中，以实现对纹理的自适应分类，从而可视化塑料地雷。本文将介绍系统的构建，解释其过程和动态，并通过实验证明其有效性。

2. 地雷检测与探地雷达（GPRs）

GPR广泛应用于掩埋物体检测、遗址调查、地下水评估等领域，也有望用于探测非金属地雷。传统的金属探测器基于电磁感应原理，使用低频电磁波，能使电磁场深入土壤，误判为无目标的概率较小，但由于波长较长，分辨率有限，无法区分地雷和其他金属碎片。而GPR采用更高的频率，分辨率更高，有助于区分地雷。

目前，清除塑料地雷有两种方法：金属探测器和旋转切割器。金属探测器检测地雷中的金属雷管，但由于雷管很小，需要将灵敏度设置得很高，导致误报率高达约99.9%，清除地雷耗时较长。旋转切割器类似推土机，通过钻孔引爆地雷，但存在无法完全清除、需要足够操作空间以及爆炸粉末污染土地等问题。因此，基于GPR的新型地雷检测系统受到关注。

GPR利用高频宽带电磁波来可视化塑料地雷本身，而非仅检测金属雷管。电磁波在不同介电常数的材料边界处会发生反射，因此不仅能检测金属，还能检测塑料。宽带电磁波还有可能观测到天线与目标之间的准确距离、目标的电磁物理