一种探地雷达逆时偏移伪影抑制方法

本发明涉及雷达信号处理，尤其涉及一种探地雷达逆时偏移伪影抑制方法。

背景技术：

1、探地雷达(ground penetraing radar，gpr)属于一种重要无损检测方法，该方法是通过发射天线向地下发射高频电磁波，当电磁波传播至地下物性差异明显处，如空洞、管线等，会发生反射并向地表传播被接收天线所接收，通过分析反射信号，实现对目标的无损探测。探地雷达以其效率高、分辨率高、无损探测、实时成像等优点，已在工程检测、地质勘察、环境监测、考古调查等领域得到广泛应用。

2、为了精确重构探测区域的地下空间结构，多种偏移成像方法被提出，主要有克希霍夫(kirchhoff)偏移、频率-波数域(f-k)偏移、有限差分偏移、逆时偏移(reverse timemigration,rtm)等。其中，逆时偏移作为一种基于双程波动方程的高精度成像方法,相比于克希霍夫偏移、f-k偏移等其他偏移方法，其具有成像精度高、相位准确、不受横向变速及高陡倾角的影响等优点，已经成为探地雷达数据处理中的重要成像方法。常规逆时偏移处理过程中存在多源叠加步骤，导致偏移结果中目标周围会出现伪影杂波干扰，严重影响偏移成像的精度和雷达数据的解译准确度。因此，开展逆时偏移伪影抑制方法的研究，具有十分重要的意义。

3、目前国内外在探地雷达逆时偏移伪影杂波抑制上也有许多研究成果，如：laplace滤波、空间滤波等滤波方法，基于时间窗的逆时偏移方法等。但是，上述方法都存在一定的局限性，例如：laplace滤波能去除大部分噪声，偏移结果中仍然会存在伪影。

4、因此，亟需一种能够用于进行逆时偏移伪影抑制，提高偏移成像结果精度的探地雷达逆时偏移伪影抑制方法。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种探地雷达逆时偏移伪影抑制方法。

2、一种探地雷达逆时偏移伪影抑制方法，包括以下步骤：s1.给定激励源和速度模型，计算不同时刻正传电磁波场；s2.加载接收的探地雷达数据，计算不同时刻反传电磁波场；s3.基于所述正传电磁波场和反传电磁波场，采用归一化互相关成像条件获取每个源点的逆时偏移成像结果；s4.将获取的逆时偏移成像结果进行拉普拉斯滤波，去除偏移剖面中的低频噪声；s5.对所有源点的逆时偏移成像结果中对应相同位置处的值进行两两相乘再相加的相关计算，得到最终偏移成像剖面。

3、在其中一个实施例中，在所述步骤s1和步骤s2中，根据电磁波理论，在二维地电条件下，探地雷达电磁波传播遵循tm模式对应的电磁波方程，公式为：

4、

5、式中，hx,hy分别表示磁场在x，y方向上的磁场强度，单位为a/m；ez表示在z方向上的电场强度，单位为v/m；σ,ε,μ分别为电导率、介电常数和磁导系数，单位分别为s/m、f/m和h/m；t为时间变量；根据所述电磁波方程分别计算得到所述正传电磁波场和反传电磁波场。

6、在其中一个实施例中，所述的步骤s3，具体包括：对同一时间源点的正传电磁波场和接收点的反传电磁波场采用归一化互相关成像条件处理，得到当前时刻的成像结果；将所有时刻的对应空间位置电磁波场归一化互相关成像结果进行相加，得到源点的逆时偏移成像结果，公式为：

7、

8、式中，im(x,z)表示第m个源点的逆时偏移成像结果，sm(x,z,tn)和rm(x,z,tn)分别表示第m个源点tn时刻的正传电磁波场和接收点反传电磁波场。

9、在其中一个实施例中，所述的步骤s5，具体包括：对所有源点的所述逆时偏移成像结果中对应相同空间位置处的值进行两两相乘再相加求和的相关计算，公式为：

10、

11、式中，i*(x,z)表示最终偏移成像剖面，即多个源点逆时偏移结果经过相乘再相加的相关计算得到的最终偏移结果，ii(x,z)和ij(x,z)分别表示第i和第j个源点的逆时偏移结果。

12、相比于现有技术，本发明的优点及有益效果在于：通过给定激励源和速度模型，计算得到不同时刻正传电磁波场，并加载接收的探地雷达数据，计算得到不同时刻反传电磁波场，基于得到的正传电磁波场和反传电磁波场，采用归一化互相关成像条件，获取每个源点的逆时偏移成像结果，将获取的逆时偏移成像结果进行拉普拉斯滤波，去除偏移剖面中的低频噪声，提高成像精度，并对所有源点的逆时偏移成像结果中对应位置处的值进行两两相乘再相加的相关计算，得到最终偏移成像剖面。通过利用不同位置源点的逆时偏移结果在相同空间位置的数据信息相关性，对每个源的逆时偏移结果中相同空间位置数据进行两两相乘再相加的相关计算，有效抑制了常规探地雷达逆时偏移剖面中的伪影杂波干扰，大幅度提高了偏移成像精度，以便于为后续探地雷达的探测解释工作提供科学依据。

技术特征：

1.一种探地雷达逆时偏移伪影抑制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的探地雷达逆时偏移伪影抑制方法，其特征在于，在所述步骤s1和步骤s2中，根据电磁波理论，在二维地电条件下，探地雷达电磁波传播遵循tm模式对应的电磁波方程，公式为：

3.根据权利要求2所述的探地雷达逆时偏移伪影抑制方法，其特征在于，所述的步骤s3，具体包括：

4.根据权利要求3所述的探地雷达逆时偏移伪影抑制方法，其特征在于，所述的步骤s5，具体包括：

技术总结
本发明提供一种探地雷达逆时偏移伪影抑制方法，包括：通过给定激励源和速度模型，计算不同时刻正传电磁波场，并加载接收的探地雷达数据，计算不同时刻反传电磁波场，基于得到的正传电磁波场和反传电磁波场，采用归一化互相关成像条件，获取每个源点的逆时偏移成像结果，将获取的逆时偏移成像结果进行拉普拉斯滤波，去除偏移剖面中的低频噪声，并对所有源点逆时偏移成像结果中对应位置处的值进行两两相乘再相加的相关计算，得到最终偏移成像剖面。本发明能够有效抑制常规探地雷达逆时偏移剖面中的伪影杂波干扰，大幅度提高了偏移成像精度，以便于为后续探地雷达的探测解释工作提供科学依据。

技术研发人员：龚俊波,兰天,杨小鹏,陈宏畅,李洪洁
受保护的技术使用者：北京理工大学重庆创新中心
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4