由于地下介質組成相當復雜，且具有非均勻、損耗和色散等特性，以及各種雜散回波的存在，探地雷達（Ground Penetrating Radar, GPR）信號處理與一般的空間雷達有較大差別，其成像效果不盡如人意。本文將衍射層析成像（Diffraction Tomography，DT）中的多站數據采集應用在探地雷達中來實現高質量成像，并經過數值驗證，說明了多站數據采集較傳統單站數據采集有很大的優越性。
關鍵詞：衍射層析成像；多站數據采集；探地雷達
探地雷達（Ground Penetrating Radar，GPR）是利用電磁波探測地下目標，通過分析電磁信號與地下目標的相互作用，提取目標的幾何形狀、物理性質等信息[1-3]。與其它地下目標探測設備相比，由于探地雷達具有連續探測、實時顯示、分辨率高以及設備簡單，操作方便等優點，其應用范圍日益廣泛。目前商用探地雷達系統發射信號均采用脈寬幾個納秒無載頻基帶脈沖，其有效頻譜范圍從幾十MHz 到幾GHz，屬超寬帶雷達（UWBR）系統。
GPR 在目標探測方面與傳統空間雷達有較大不同，主要表現在：（1）地下介質的復雜性。由于地下介質組成相當復雜，其作為電磁場的傳播媒質具有非均勻、隨機、損耗和色散特性。（2）雜波背景。存在各種雜散回波，包括由地下雜質導致的干擾噪聲、地表分界面及天線失配造成的界面反射、淺目標帶來的天線余振或振鈴效應等，將對有用回波探測產生嚴重干擾。這些因素導致GPR 信號處理包括雜波抑制和反演成像兩大部分，如反褶積濾波處理、偏移處理是當前主流的GPR 信號處理方法。
衍射層析成像歷經二十多年發展，受到愈來愈多的關注，目前已廣泛應用于超聲波工程、生物醫學、無損檢測、地球物理、光學成像、探地雷達以及軍事應用等領域。作為逆散射問題，DT 以亥姆霍茲方程線性解為基礎, 利用衍射現象中的散射場信號獲取目標函數，實現目標圖像的高質量重建。由于衍射現象含有豐富的被測物目標函數信息，DT 正是充分利用了這一衍射信息，能夠實現對小散射體和被測物棱邊的探測，因而具有理論上的最佳成像能力。
本文以層析成像理論為基礎，將DT 中的多站數據采集應用在GPR 來實現高質量成像，并對多站數據采集進行空間譜域分析所得的結論進行了數值驗證，說明使用多站數據采集GPR 較現有商業單站GPR 在成像上更具優越性。