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相控阵探地雷达回波数据处理若干问题的研究

施京  
【摘要】:在参考大量文献的基础上,本论文将传统的地震资料处理方法、探地雷达(GPR)回波数据的处理方法以及相控阵雷达特有的工作方式三者结合起来,针对相控阵探地雷达(PGPR)回波数据处理中若干问题进行了研究。该课题来源于国家863计划课题“高分辨力表层穿透雷达探测技术—相控阵探地雷达”(2001AA132050)中子课题“相控阵探地雷达回波信号处理及可视化研究”(2001AA132050-03)。 论文首先介绍了相控阵探地雷达的工作方式及其回波数据的表现形式并建立了一些简化模型。将发射阵列视为一个发射点是对后续数据处理必要而合理的假设,而建立理想的分层介质模型是验证各种处理手段有效性的最佳方法。将相控阵探地雷达的观测方式和其它观测方式进行了比较,为下文借鉴传统地震处理方法和探地雷达回波数据处理方法来推导相控阵探地雷达回波数据处理方法奠定了坚实的理论基础。 随后,本文对相控阵探地雷达正演数据(江汉石油学院提供)作了短时傅立叶变换和魏格纳变换,验证了时频方法应用于PGPR分层数据的有效性,并得出不同的时频方法、参数和接收单元对时频图的影响,提出适于定位分层的参数选择。然后用时频方法对相控阵探地雷达真实回波数据(XBX-001型相控阵探地雷达2003年12月采集于三峡大坝)进行了分析,针对信号特点对短时傅立叶变换进行了改进,并选择了适合回波数据的小波基对回波数据作了小波时频分析。结果表明,时频方法,尤其是改进的短时傅立叶变换和小波变换方法对于目标定位有着良好的效果,适合于工程应用。 同时,从浅层地声直达波去除原理出发,本文对相控阵探地雷达回波中直达波的去除作了仔细的分析研究。发现由于声波与电磁波的差异以及两种模型下数据采集方式不同,地震处理中利用视速度差异去除直达波的方法对于PGPR回波数据是不适用的。针对PGPR回波中直达波的特性,尝试用二维滤波、模板滤波和水平高通滤波去除PGPR直达波并分析各个方法的利弊。借用图像处理中模板滤波的方法来处理雷达剖面,并引进了自适应模板滤波来突出剖面中的目标物。根据雷达图像特点设计了抑制双曲线的模板,结果表明其能有效的抑制雷达剖面中的绕射波。 最后,论文对相控阵探地雷达回波数据偏移归位处理进行了深入的研究。对偏移速度的选取做了详细的分析。区分了叠前偏移和叠后偏移的概念。根据PGPR 工作方式,将传统地震处理的绕射偏移作了改进。比较了绕射偏移和波动偏移各 自的特点。分别对Gssl数据(SIR一10型单极子雷达采集的数据)和PGpR真实数 据进行偏移归位,获得了较为理想的偏移效果。


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