一种探地雷达(gpr)数据分解的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达探测技术领域，设及一种探地雷达(GPR)数据分解的方法。
【背景技术】
[0002] 探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)是用无电波来确定地下介质分布规 律的探测技术，广泛应用于人类生存和生活服务，包括石油矿产资源勘查、基础工程建设、 军事、环境保护和灾害防治等。探地数据分析与解译是将GPR数据转换为有用信息的核屯、环 节。具体来说，就是依据获得的散射场，W及散射数据中的相位、频率和波速等参量，推断出 区域内不同介质的空间结构分布及属性特征。
[0003] 目前GPR数据分析与解译工作仍然停留在强烈依赖解译人员经验的阶段，其结果 的产生常常因个人观点和经验的不同而有着很大的差异。原因在于数据处理的不确定性对 数据的解译带来了极大的困难。运种困难并不仅仅是由于处理方法的缺陷或技巧造成的， 而是观测技术本身也存在着难W逾越的障碍。
[0004] GPR系统的动态范围至少为60地，而计算机屏幕上图像显示的动态范围大约是10 ~20地，运意味着仅有少部分可用信息能够W图像的形式直接显示出来，其他附加的信息 没有得到很好的显示和利用。本技术对原始数据中内蕴的属性信息进行充分挖掘和关联， 使W往难W察觉地的规律显露出来。
[0005] 目前对于探地雷达GPR数据前期处理方法复杂，造成后期探地雷达采集数据可视 化效率低，精度低。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种探地雷达数据分解的方法，解决了探地雷达数据不能 得到有效分解处理，造成后期探地雷达采集数据可视化效率低的问题。
[0007] 本发明所采用的技术方案是按照W下步骤进行：
[000引步骤1 :GPR数据分解公式表示为：
[0009]
[0010] f(t)为GPR数据或观测信号，化为f(t)的第K个子带，Ak和Wk分别为k子带幅值和频 率，e?'为信号的复指数表示，η为噪声；
[0011] 步骤2:定义优化公式：
[0012]
[0013] 肝表示1D单数据道信息，Ρ和α分别为调节参数，目灼表示进行偏微分计算；
[0014] 步骤3:采用Ok计算步骤和Uk计算步骤混合迭代优化：
[0015] cok计算步骤:解决Ok的最小化问题，Ok的迭代公式为：
[0016]
[0017] Uk步骤:解决化的最小化问题，迭代公式为：
[001 引
[0019] 本发明的有益效果是提供了一种GH?数据高效分解的方法，使得后期探地雷达采 集数据可视化效率提高。
【附图说明】
[0020] 图1是GPR数据分解示意图；
[0021] 图 1(a)是 GPR 数据；
[0022] 图1(b)是K = 1时子带分解结果；
[0023] 图1(c)是Κ = 2时子带分解结果；
[0024] 图1(d)是Κ = 3时子带分解结果；
[0025] 图1(e)是Κ = 4时子带分解结果；
[0026] 图1(f)是Κ = 5时子带分解结果。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[002引本发明对原始GH?数据进行分解，形成多个独立的窄带子剖面。由于GH?数据具有 异步属性(横向和纵向），所W我们WVMD模型为基础，专口设计了分解模型。
[0029] GPR数据分解：
[0030] 步骤1:分解的目标将GPR数据分解为具有不同属性特征的子带信息。用公式表示 为：
[0031]
[0032] f(t)为GPR数据或观测信号。Uk为f(t)的第Κ个子带，Ak和wk分别为k子带幅值和频 率，6-'"''为信号的复指数表示，η为噪声。
[0033] 步骤2:分解方法基于VMD(Va;riation Mode Decomposition)分解策略。2D VMD方 法表示为最小化问题：
[0034]
[003引由于2D GPR数据是由单数据道沿水平测线(横轴)顺序排列形成的剖面，所W水平 方向和垂直方向具有明显的异步特征，不能直接运用1D VMD或2D VMD进行分解。我们所做 的改进是设计了一种混合优化模式，定义了优化公式：
[0036]
[0037] 运里，扎表示1D单数据道信息。上式为1维和2维混合结构。P和α分别为调节参数， 30表示进行偏微分计算。
[003引步骤3:采用两个步骤（Ok计算步骤和Uk计算步骤)混合迭代优化：
[0039] Qk计算步骤:解决Ok的最小化问题。Ok的迭代公式为：
[0040]
[0041] Uk步骤:解决Uk的最小化问题。迭代公式为：
[0042]
[0043] 如图1所示，图1(a)是GPR数据；图1(b)是K=1时子带分解结果；图1(c)是Κ = 2时子 带分解结果；图1(d)是Κ = 3时子带分解结果；图1(e)是Κ = 4时子带分解结果；图1(f)是Κ = 5 时子带分解结果。可W看出，wk仅与垂直方向的ID数据道直接相关关，数据道之间间接相 关。而Uk根据2D数据剖面计算而来，下面是分解后的结果和相应的直方图。
【主权项】
1. 一种探地雷达GPR数据分解的方法，其特征在于按照以下步骤进行： 步骤1: GPR数据分解公式表示为：f(t)为GPR数据或观测信号，uk为f(t)的第K个子带，AdPcok分别为k子带幅值和频率， 为信号的复指数表示，τι为噪声； 步骤2:定义优化公式：??表示1D单数据道信息，P和α分别为调节参数，0(·)表示进行偏微分计算； 步骤3:采用ω k计算步骤和此计算步骤混合迭代优化： ω k计算步骤:解决ω k的最小化问题，ω k的迭代公式为：uk步骤:解决uk的最小化问题，迭代公式为：
【专利摘要】本发明公开了一种探地雷达GPR数据分解的方法，首先设计GPR数据分解公式表示为：对其进行优化，定义优化公式<maths num="0001"></maths>采用ωk计算步骤和uk计算步骤混合迭代优化。本发明的有益效果是提供了一种GPR数据高效分解的方法，使得后期探地雷达采集数据可视化效率提高。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN105447314
【申请号】CN201510835548
【发明人】原达
【申请人】山东工商学院
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月25日