时间：2026-04-21 分类：成功发表动态
桂林电子科技大学信息与通信学院熊思宇团队在《雷达科学与技术》发表论文《步进频率探地雷达快速超分辨成像方法》，针对现有步进频率探地雷达一维成像方法分辨率低、处理速度慢的技术瓶颈，创新性地提出了一种改进的基追踪去噪快速超分辨成像方法。该方法通过“先精细化聚焦、后稀疏重构”的核心策略，在保证高分辨率和高精度的同时，将信号处理速度提升了约10倍，显著增强了在复杂噪声环境下的鲁棒性，为公路病害检测等城市基础设施无损探测提供了更高效、可靠的技术方案。
面对日益增长的城市道路安全检测需求，传统的冲激体制探地雷达在探测深度与分辨率之间存在固有矛盾。步进频率体制虽能克服此矛盾，但其传统的一维成像方法(如傅里叶逆变换)分辨率有限，易导致地下脱空、裂缝等细小目标的漏检。研究团队从压缩感知理论出发，创造性地将成像问题转化为频率估计与稀疏信号重构问题。
该方法的核心技术创新在于两大步骤。首先，利用连续细化傅里叶变换分析法(FFT+FT) 对回波信号的频谱进行精细聚焦。该方法并非在整个频谱范围内盲目计算，而是先通过快速傅里叶变换锁定目标可能存在的粗略频带，再对该“感兴趣区域”进行高倍率的频谱细化。这一步骤巧妙地构建了一个尺寸大幅缩小的“轻量级基矩阵”，从源头上极大降低了后续计算的数据量和复杂度。
其次，在精细化基矩阵的基础上，利用地下目标在频域具有稀疏特性这一物理先验，构建稀疏方程，并采用改进的基追踪去噪算法进行求解。该算法通过将非凸的l_0范数最小化问题转化为可高效求解的l_1范数凸优化问题，实现了对目标时延和反射系数的稳定、高精度估计。最终，将求解得到的反射系数序列与雷克子波进行褶积，生成直观的一维超分辨距离像。
仿真与实测数据双重验证了该方法的卓越性能。在分辨率方面，该方法达到了0.0703纳秒的超高分辨率，远超改进正交匹配追踪(OMP)和q-SPICE等算法，能清晰分辨时延仅相差0.17纳秒的两个邻近目标。在抗噪性上，即使在低信噪比条件下，仍能保持较高的时延估计精度。最突出的优势体现在处理速度上：相较于原始基追踪去噪算法，改进后的方法运行时间从53.53秒大幅缩短至3.89秒，提速超过10倍，真正实现了“快速”超分辨成像。
研究团队利用该系统对沙土中的金属球进行了实测，成功清晰地分辨出了地表轮廓与目标位置，验证了其在实际工程中的应用潜力。该研究成果不仅为步进频率探地雷达的信号处理提供了全新的高效算法框架，其“精细化预处理+稀疏优化”的技术路线也为其他雷达体制的超分辨成像研究提供了有益借鉴。目前，该算法已成功集成到团队自主研发的步进频MIMO探地雷达系统中。
