一种基于三维扫描地质雷达的目标体坐标估计方法

本发明属于地球物理探测领域，具体为一种基于三维扫描地质雷达的目标体坐标估计方法，该方法以三维超前探测地质雷达数据为基础，依据地质雷达探测区域在三维空间的球体分布特征，估计对应地下目标体的空间坐标。

背景技术：

1、在煤矿开采过程中，容易引发地质构造变化，隐伏的地质构造异常(如断层、陷落柱、褶曲等)极易导致矿井开采事故。主要的开采事故包括顶板破坏、煤和瓦斯突出、矿井涌水等。地质雷达作为有效的物探手段，适用于探测断层、陷落柱、褶曲等地质构造异常。三维空间扫描地质雷达通过旋转地质雷达天线的角度，用于工作面前方三维空间探测，也可用于侧帮、回采区等区域的定向探测，实现了地质构造的快速识别和三维成像。

2、三维空间扫描地质雷达向工作面发送脉冲形式的高频宽带电磁波，一部分经发射天线直接到达接收天线形成耦合波；经发射天线发射后遇空气与路面分界面后未进入地下而直接反射回来被接收天线接收，形成直达波，耦合波和直达波常常被合称直耦波，常常用来判断时间零点，作为地下目标体深度的判断参考依据，另一部分电磁波进入工作面前方，在介质中传播，当遇到存在电性差异的目标体(如断层、陷落柱、褶曲等)或不同介质界面时，电磁波便产生反射，反射电磁波返回到工作面时由接收天线所接收。接收信号经过采集、处理、存储，就成为包含有工作面前方介质信息的地质雷达数据。

3、三维空间扫描地质雷达通过旋转地质雷达天线的角度，用于工作面前方三维空间探测。测线在三维空间的形态为弧形，该弧形以天线位置为圆心。因此，地质雷达探测区域应呈现球体分布特征。通过本发明一种基于三维扫描地质雷达的目标体坐标估计方法可以估计对应地下目标体的空间三维坐标，更清晰准确的描述探测区域内的目标体范围及分布特征。

技术实现思路

1、本发明的目的是以三维超前探测地质雷达数据为基础，依据地质雷达探测区域在三维空间的球体分布特征，估计对应地下目标体的空间坐标。

2、本方法按照以下步骤获取地下目标体的三维边界坐标及中心坐标：

3、步骤(a1)：对地质雷达数据d(αi,βj,k)，其中i＝0,1,...,n-1；j＝0,1,...,n-1；k＝1,2,...,h，αi为水平角，βj为俯仰角，k为采样点序号，h为采样点总数，首先进行一维滤波，对于某一水平角αi和俯仰角βj下的一维雷达数据d(αi,βj,k)，经过滤波函数f()滤波后得到

4、df(αi,βj,k)＝f(d(αi,βj,k))

5、其中，d(αi,βj,k)经过滤波后的数据为df(αi,βj,k)；

6、步骤(a2)：对于滤波后的雷达数据df(αi,βj,k)，不妨令采样点序号k＝1，信号极大值为max(df(αi,βj,1))，求解

7、

8、其中，λ为常数，得到对应的i＝u1,j＝e1，其中u1∈{0,1,...,n-1},e1∈{0,1,...,n-1}，水平边界角为和俯仰边界角为依次求出不同采样点序号下的水平边界角和俯仰边界角，得到步骤(a3)：对于通过三维空间坐标转换，其三维坐标可以表示为其中，v为地下介质中的电磁波平均波速，δt为单位采样点对应的探测时窗；

9、步骤(a4)：依次求出的三维坐标，将这h个三维坐标连接起来，得到地下目标体的三维边界坐标；

10、步骤(a5)：三维边界坐标的均值为地下目标体的中心坐标。

11、本发明有以下优点：

12、1、通过本发明提出的一种基于三维扫描地质雷达的目标体坐标估计方法，能够准确获取地下目标体的三维边界坐标及中心坐标，有利于三维空间的目标体成像和解释。

技术特征：

1.一种基于三维扫描地质雷达的目标体坐标估计方法，该方法以三维超前探测地质雷达数据为基础，依据地质雷达探测区域在三维空间的球体分布特征，估计对应地下目标体的空间坐标，具体步骤如下：

技术总结
本发明提供了一种基于三维扫描地质雷达的目标体坐标估计方法，该方法对地质雷达数据进行一维滤波，然后再通过信号极大值约束得到水平边界角和俯仰边界角，最后通过三维空间坐标转换得到地下目标体的三维边界坐标和中心坐标。本申请提出的一种基于三维扫描地质雷达的目标体坐标估计方法，能够准确获取地下目标体的三维边界坐标及中心坐标，有利于三维空间的目标体成像和解释。

技术研发人员：乔旭,杨峰
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13