一种对地下目标的结构和极化属性的联合成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地球物理勘探领域，尤其涉及一种对地下目标的结构和极化属性进行 联合成像方法。
【背景技术】
[0002] 在地球物理勘探领域，应用电磁波探测地下介质的方法越来越广泛，通过发射端 向地下发射电磁脉冲信号，接收端接收反射信号，对数据进行处理得到有关地下目标体的 结构和属性信息。由于地下介质对电磁波的吸收能力强，单一收发形式的设备无法满足地 球物理勘探领域的需要，近些年来，发展成为采用不同方式的设备组合，不仅可以同时获取 地下介质的共极化信息和交叉极化信息，还可以对地下同一位置进行多次叠加测量，提高 信噪比，获取含有尽可能多的地下介质信息的数据，使成像更加清晰。但是目前的测量手 段仅仅能反映出目标体的结构信息，而无法同时对地下目标的结构和极化属性进行联合成 像。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种对地下目标的结构和极化属性进行联 合成像方法，获得既反映地下目标体结构又反映地下目标体极化属性的图像。
[0004] 本发明是这样实现的，一种对地下目标的结构和极化属性的联合成像方法，在目 标体上方布置一条测线，将全极化共中心点天线组合沿测线方向移动，在测线每隔相同距 离布置一个测点，在每个测点测量得到包含三种极化天线组合方式的目标体散射矩阵，目 标体散射矩阵经过Pauli分解得到反应地下某一被测点的分解系数α，β，γ，再进行偏移 处理，得到偏移后的分解系数A、B、C，对偏移后的散射矩阵成像得到反映地下目标体结构的 剖面图，同时，将经过偏移处理的分解系数A、B、C，使用RGB成像方法得到在结构剖面图中， 通过颜色反应目标体极化属性信息的图像。
[0005] 进一步地，全极化共中心点天线组合包括具有共中心点的水平发射和水平接收的 hh极化天线组合、垂直发射和垂直接收的vv极化天线组合以及垂直发射和水平接收的vh 极化天线组合。
[0006] 进一步地，目标体散射矩阵表示为：
[0008] 其中，S表示辛克莱复时域散射矩阵，thh是hh极化天线组合中，电磁波在发射天 线与接收天线间的传播时间，tvv是vv极化天线组合中，电磁波在发射天线与接收天线间的 传播时间，tvh是vh极化天线组合中，电磁波在发射天线与接收天线间的传播时间；
[0009] LlN 丄UO丄丄Λ 1VJ I·* Z/0 JA
[0012] dhh是hh全极化共中心点天线组合中，发射天线与接收天线间线性距离的1/2,称 为半偏移距，dvv和d vh分别是vv极化天线组合的半偏移距和vh极化天线组合的半偏移距； X，y为测量点的空间坐标；Xciut, Yciut, Z指散射点的空间坐标；散射点（X _，Yciut, z)的均 方根速度。
[0013] 进一步地，
[0014] 偏移前后的散射矩阵关系式为：
[0016] 其中：[SciutUciut, Yciut, Z)]为偏移后的辛克莱复散射矩阵
[0017] 将测量获得的2X2目标体散射矩阵S分解成三个Pauli基矩阵的线性叠加：[S] =〇 [s]a+e [s]b+T [s]c
[0018] [S]a、[S]b、[S]c为三个 Pauli 基：
[0021] 测量散射矩阵的总功率为：
[0022] SPAN = |Shh|2+|Svv|2+2|Svh| 2= I α I 2+| β |2+| γ I2
[0023] 则偏移前后的散射矩阵关系公式可写成：
[0025] [Sout] = A[S]a+B[S]b+C[S]c
[0026] A，B，C为偏移后的α，β，γ，表示为： CN 105116456 A 说明书 3/5 页
[0030] 式中，r为测量点与散射点间的距离，Θ描述的是电磁波辐射方向和Z轴的夹角；
[0031] 偏移后的分解系数A、B、C，使用RGB成像方法，在RGB成像中的三种颜色通道分别 定义为，|bI2为红色通道，Ic| 2为绿色通道，IA| 2为蓝色通道，颜色通道加入到目标体结构 的剖面图中。
[0032] 本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明利用的是具有共极化天线组合和 交叉极化天线组合，且馈电点在同一位置，不仅可以同时获取地下目标体的共极化信息和 交叉极化信息，还可以对地下同一位置进行多次叠加测量，提高信噪比，获取含有尽可能多 的地下介质信息的数据，使成像更加清晰。采用Pauli分解方法获取不同天线组合方式的 数据，全极化共中心点天线组合可同时获得PauI i分解方法所需的hh，vh和vv三种极化天 线组合的数据，为Pauli分解提供所需数据体。并将偏移引用于电磁波对地下目标体的探 测中，第一次与Pauli分解方法相结合，在偏移公式中先做极化分解，再对分解系数做偏移 处理，获得既反映地下目标体结构又反映地下目标体极化属性的图像。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明采用的全极化共中心点天线组合示意图；
[0034] 图中，全极化共中心点天线组合由Vivaldi天线单元组成，与电磁波传播平面平 行的为h方式，垂直的为V方式。
[0035] 式中（a)hh表示全极化共中心点天线组合中，水平发射和水平接收的天线组合方 式，如图1中1表示的是hh极化天线组合，距离中心的距离为dhh;
[0036] (b) vv表示全极化共中心点天线组合中，垂直发射和垂直接收的天线组合方式，如 图1中2表示的是VV极化天线组合，距离中心的距离为dvv;
[0037] (c)vh表示全极化共中心点天线组合中，垂直发射和水平接收的天线组合方式，如 图1中3表示的是vh极化天线组合，距离中心的距离为dvh;
[0038] 图2为本发明地下目标体的结构和极化属性的联合成像图；
[0039] 图3为本发明地下目标体的结构成像图。
【具体实施方式】
[0040] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0041] 参见图1，采用的是全极化共中心点天线组合，将矢量网络分析仪通过电缆与全极 化共中心点天线组合相连接，三种极化天线组合方式为hh、vv和vh，由于该系统为单站极 化雷达，根据互易定理Shv= S vh，在目标体上方布置一条测线，将天线组合沿测线方向移动， 在测线每隔相同距离布置一个测点，在每个测点测量得到包含三种极化天线组合方式的 2X2目标体散射矩阵，
[0042]目标体散射矩阵表示为：
[0044] 其中，[S (X，y, t)]表示辛克莱复时域散射矩阵，Shh (