探地雷达逆时偏移成像的衰减补偿方法研究

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探地雷达技术作为一种高效的浅层地球物理方法,已经被广泛应用于工程检测和地下目标探测等。探地雷达成像是探地雷达信号数据处理的一个重要方面,成像可以获取对目标体的空间位置、形状大小等的直观认识。目前,成像技术包括:绕射叠加,Kirchhoff偏移,F-K偏移和合成孔径雷达的聚焦技术。近些年来,逆时偏移成像技术因具有成像精度高和不受倾角限制等优点受到了国内外学者的广泛关注。但逆时偏移成像算法应用于有损背景介质时,由于电导率的影响,电磁波能量在正向传播和反向延拓过程中都会存在衰减,从而影响对电导率异常区域的精确成像。为了有效消除电导率对成像造成的影响,文采用一种基于有限时域差分的逆时偏移衰减补偿方法。该方法的工作原理就是通过改变衰减项的正负性,保证逆时传播的时间对称性,从而恢复原始波场,实现了对电导率造成的振幅衰减的补偿。在逆时偏移成像算法中,为了节约计算时间和内存资源,需要将实际的探地雷达收发天线简化为点源,然而,点源的位置需要确定在探地雷达天线的视相位中心的位置,才能保证波场计算的精度。因此,本文的主要工作之一就是通过仿真软件建立了偶极子天线、喇叭天线、平面圆极化微带天线、Vivaldi超宽带天线四种天线模型并测量了四种天线模型的视相位中心。结果表明:在四种天线中,偶极子天线的视相位中心位置最为恒定。在远场条件下,可以忽略形状大小的影响,将其等效为一个点源。本文通过设计数值模拟实验和室内模拟实验来验证逆时偏移衰减补偿方法的优势。在数值实验部分,本文设计了不同的实验模型,目标体分别为金属球,玻璃空洞。对比衰减补偿前后的实验结果,可以看出:对于金属球和空洞的组合模型,衰减补偿的效果最明显。在室内仿真实验中,使用的浅层目标体为金属球,深层目标体为玻璃空洞。从实验结果可以看出,实验模型的下界面经衰减补偿后的成像更加清晰。总结数值实验和室内模拟实验的结果表明,衰减补偿方法能够很好地恢复由电导率造成的信号衰减,重构原始波场,提高探地雷达逆时偏移成像的精度。
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