技术领域本发明属于电波传播及地球物理反演技术领域，具体涉及一种不规则地形下低频段大地电导率快速反演方法。
背景技术：
不同的地面电特性(低频段主要是指大地电导率)会对低频地波传播性能产生非常大的影响。获取传播路径上详细、准确的大地电导率分布信息，是提高低频地波传播时延/场强理论预测精度的前提和物质基础。地波场强/时延反演方法是获取大地电导率最基本和最普遍的一种方法，其依据是：地波在传播的过程中因地表的影响而产生衰减和相位延迟，其衰减程度和相位延迟大小与信号频率、传播距离、大地电导率等因素有关。因此，可以通过测量来自地波导航台、授时台或者广播台的发播信号的场强或者时延值来反推传播路径上的大地电导率分布信息。其过程是：利用观测数据(场强或时延)，以复杂的电波传播理论为依据，以观测值与理论计算值之间的误差最小为优化准则，求取相应的地球物理模型参数(大地电导率分布)。因此，确定观测数据和地球物理模型参数之间的函数关系，实现正演计算是大地电导率反演的前提。目前，大地电导率传统反演过程中多是将传播路径假定为光滑地面，基于均匀光滑地面模型或分段均匀光滑地面模型，采用相应的算法(如平地面公式、Fock地波绕射公式、Millington经验公式等)作为正演算法来进行大地电导率的反演。然而，对于实际的传播路径而言，地面并非光滑的，会存在高山、丘陵、峡谷等起伏变化，即不规则地面。地形的起伏变化会使电磁波发生一系列反射、绕射、散射等复杂变化，从而影响低频地波传播性能。那么，对于实际不规则地面而言，采用传统的大地电导率反演方法所反演得到的大地电导率中则包含了地形影响的等效成份，实为一“等效值”。其难以反映地面的实际电特性，且同一区域一条路径的反演结果无法推广应用到其它路径。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种不规则地形下低频段大地电导率快速反演方法，该方法能有效剥离现有大地电导率中的地形影响等效成分，还原地面的实际导电特性，提高中国大地电导率数据精度。本发明所采用的技术方案是，一种不规则地形下低频段大地电导率快速反演方法，具体步骤如下：步骤1、针对待反演区域，选定发射台即后续测量系统所接收信号来源，确定测量区域；步骤2、利用长波传播时延测量系统，获取各观测点的传播时延测量值TM；步骤3、利用先验知识，结合GIS技术获取各观测点所对应传播路径参数信息：包括电导率分区数目、各分区内电导率取值范围、各分区内的传播距离以及传播路径上的高程信息；步骤4、根据步骤3得到的传播路径参数信息，在CPU上初始化参数；步骤5、产生大地电导率初始种群，形成各观测点所对应模型文件；步骤6、将步骤4初始化参数传递到GPU，完成设备初始化、数据准备，启动核函数；步骤7、计算大地电导率初始种群适应度；步骤8、判断是否达到结束条件，若达到，执行步骤10，若未达到，执行步骤9后返回步骤7；步骤9、遗传算子操作，产生新个体，形成新的大地电导率种群；步骤10、将反演结果传回CPU。本发明的特点还在于，步骤1中待反演区域指地球表层某一大地电导率取值未知且待反演的地理区域；发射台的选定：选取距离待反演区域较近、信号质量较好的长波导航台或授时台为信号来源，用于后续进行接收、测量；测量区域的确定：以所选定发射台为中心，做间隔0.01度、辐射距离为1000km的射线，则所有穿过待反演区域的射线中最外侧两条射线所夹不规则区域即为测量区域。步骤2中观测点的选取标准：在步骤1所限定的测量区域内，综合考虑实际地形及交通便利情况，合理规划路线，进行定点测量；测量点应远离山区或峡谷等地形起伏区域；测量点后向地形应较平坦；长波传播时延测量系统主要包括：1)长波接收机：提供从发射台到测量点的以GPS时钟为基准的到达时刻；2)高精度GPS接收机：提供测量点的位置信息、时间信息、1pps信号；3)计数器：比对长波接收机与GPS接收机1pps信号的时间间隔；4)工控机：监测长波接收机、GPS接收机、计数器的运行状态，采集和处理数据。步骤3中获取各观测点所对应传播路径参数信息过程如下，以第i个观测点为例：1)提取观测点所在传播路径的高程信息hi(即地形起伏变化情况)；2)结合高程信息和现有大地电导率地图进行大地电导率分区，并给出分区数目N和各分区内电导率取值范围l表示第l个分区；3)计算传播路径上各段路径长度dij，即第i个观测点第j段大圆距离。步骤4中初始化的参数有：积分步长Δx、大地电导率种群规模S、迭代次数P、目标函数阈值ξ、交叉概率Pc、变异概率Pm；大地电导率分区数目n、观测点个数m；各观测点时延测量数据各观测点所对应传播路径的高程数据h＝[h1h2…hm]。步骤5中产生大地电导率初始种群及建立观测点模型文件过程如下：1)种群中第k个个体σk的第l个参数σkl在其取值范围内随机生成，式中r为随机数；σkl=σlLB+r×(σlUB-σlLB)]]>2)按照1)的方法，形成第k个个体σk＝[σk1σk2...σkn]，此即为一种大地电导率分布模型；3)重复步骤1)和2)，得到S个个体模型，形成大地电导率初始种群Ab|04)结合步骤3中得到的各观测点所在传播路径上各段路径长度dij，则第i个观测点的模型为：步骤7中定义第k个个体σk的适应度为Fit(ηk)=max(η)-ηkS×[max(η)-mean(η)]]]>式中，ηk为σk的目标函数，max(η)和mean(η)分别为当前种群下所有个体所对应目标函数的最大值和均值；则目标函数ηk的计算过程分为如下步骤：步骤7.1、采用积分方程方法并行计算第t代种群Ab|t下每一个观测点在每一种模型下的时延预测值TC；则第i个观测点对应第k个模型时的时延预测值为TCki=arg(Wg)ω×106μs;]]>式中，Wg(P)=1-R01jλx{∫0x1Wg(Q)F(x,l)l(x-l)dl+∫x1xn-1Wg(Q)F(x,l)l(x-l)dl+∫xn-1xnWg(Q)F(x,l)l(x-l)dl