不同高度对0°~15°攻角气动光学成像偏移的影响

飞行器在高速飞行过程中,头部产生湍流流场,该流场使机载光学系统接收的目标图像发生偏移、模糊和抖动,这种气体流场对光学传播和光学成像的影响或作用称为气动光学效应。文中研究了典型钝头飞行器在不同高度对0°~15°攻角气动光学成像偏移的影响。使用软件对一种典型的钝头飞行器进行了建模和网格划分,基于计算流体力学使用Fluent作了大量的模拟计算,获得了飞行器不同工况下的周围的流场密度。通过密度和折射率的对应关系,得到了飞行器周围相应的折射率分布。使用反向光线追迹和停止准则,获得了成像偏移数据。结果表明:随着高度的增加,飞行器周围的大气密度减小。尽管不同高度的光线传播路径折射率分布图有着相同的变化趋势,但却有着不一样的变化程度。高度越大,光线传播路径上的折射率分布越平坦,成像偏移越小。从成像偏移斜率来看,随着高度的增加,成像偏移斜率越接近于0;随着攻角的增加,成像偏移斜率在往0的负方向增大。从成像偏移斜率的角度分析,低高度和大攻角都会引起较大的成像偏移值的变化。

基于BOS技术的气动光学流场传输效应成像偏移校正方法研究

高速成像制导导弹在大气中飞行时,受到气动光学效应的影响,目标成像位置与其实际位置之间出现偏差。实现对气动光学效应成像偏移校正,对于提高制导精度意义重大。气动光学效应成像偏移具有很强的随机性和非线性,校正起来十分困难。通过利用背景纹影技术测量光线穿过变折射率场后的光线偏移量,建立畸变图像与参考图像之间的控制点对,采用局部加权平均拟合方法构建用于图像校正的映射函数,利用双三次卷积方法对图像灰度值进行重采样处理,完成对畸变图像的校正。分别对固定相位物(透镜)和喷流马赫数3.0的超声速气膜引起的成像偏移进行校正,实验结果验证了校正方法的有效性。

基于照明分析和偏移成像实验的主动震源探测系统设计——以朱溪矿区为例

为了探讨利用绿色环保的非炸药主动震源技术勘查我国西部、南部复杂山地深部矿产资源的可行性,并提出可行的探测方案,以景德镇朱溪矿区为例开展了基于照明分析和叠前深度域偏移成像实验的主动源地震探测系统设计研究。在现场踏勘和充分收集地质、钻探成果的基础上,根据矿区42号线钻孔联合剖面和相应的岩石物性测量成果建立了地球物理模型。由于后续地震数据采集工作主要利用单分量纵波检波器开展,在地震波的数值模拟方面选用了粘声波方程;工区崎岖地表所带来的不规则自由表面问题则通过Acoustic-Elastic boundary Approach(AEA)方案解决。进行了震源-检波器组双向照明分析,以及高信噪比(20db)和低信噪比(6db)两种情况下的地震波叠前深度域逆时偏移成像实验。研究结果表明,通过合理布设较为密集的主动震源激发-接收系统,采用环境友好的非炸药主动震源技术可以查明目标区地下主要地层,和断层、逆掩推覆体等主要控矿构造的空间展布。后续实际的地震数据采集工作在本次研究的基础上开展,取得的朱溪矿区第一手非炸药震源绿色勘查成像剖面证明了本次研究所提出的探测方案是可行的和有效的。通过不断完善技术体系,非炸药主动震源技术有望为我国深部矿产资源勘探、隐伏断裂勘查、城市地下空间探测等研究领域提供一种环保、高效的技术手段。本次研究所采用的基于照明分析和偏移成像实验的复杂山地主动震源探测系统设计、论证方法值得进一步研究和推广。

隧道三维Kirchhoff偏移成像影响因素分析

Kirchhoff偏移成像法是目前最灵活、高效的三维叠前偏移方法,其不受观测系统的限制,计算效率高,不需要很精确的速度模型也能得到较精确的偏移成像结果。在这里采用有限差分法实现了三维复杂介质弹性波场数值模拟,设计有效的三维观测系统并生成模拟数据,进行偏移成像计算,并系统分析了速度模型、走时计算、数据主频、干扰噪声、地质体形态等因素,对偏移成像精度的影响情况。其分析对比结果,对隧道三维Kirchhoff偏移成像算法优化与外业施工具有指导意义,有利于提高三维地震反射波法超前地质预报的精度与准确度。

全方位局部角度域偏移成像技术在顺北油气田的应用

顺北油气田二叠系地层火成岩广泛发育,断控缝洞储集体横向非均质性强因而精确速度建模及目标地质体成像困难。在常规地震数据处理中,传统的OVT分扇区处理技术无法获得地下真实角度信息,不能准确反映引起的速度突变,为进一步提高顺北复杂构造区的宽方位地震成像精度,利用全方位局部角度域偏移成像技术实现了顺北油气田的分方位、分角度的精确成像。利用全方位网格层析速度建模技术分析全方位道集的剩余延迟,建立层析成像矩阵,实现各向异性场的精确速度建模。采用全方位地下局部角度域分解与成像技术,对全方位共倾角道集进行分倾角叠加、散射增强和镜像增强处理,提高深层小尺度地质体的可识别能力;利用倾角道集的特点进行散射成像,获得散射数据体,突出了地下缝洞体的能量;利用不同波场的传播特点进行镜像能量成像,获得信噪比更高、细节更清晰的叠加数据,清晰刻画断裂展布特征,为顺北油气田缝洞储层及小尺度地质体的预测提供了基础数据该项技术。也可为其它地区的缝洞型地质异常体的预测提供技术参考。顺北油气田的应用结果表明,火成岩建模及成像精度明显提升,突出了缝洞储层的串珠反射能量,提高了断裂识别的准确度。相较于常规克希霍夫偏移技术,全方位局部角度域偏移成像技术保留了不同传播方向波场成像值的局部方位信息,能更准确地反映地下成像点地质特征。

电性源瞬变电磁有限差分偏移成像方法

目前,瞬变电磁数据的主要处理结果是给出地下介质的(视)电阻率信息,较难给出清晰的地质界面信息.本文基于有限差分偏移成像原理,实现了电性源瞬变电磁虚拟波场的偏移成像技术.根据瞬变电磁扩散场与虚拟波场之间的数学关系,本文使用精细积分法对第一类Fredholm积分方程求解,然后消除直达波,得到只含有地层反射波的虚拟波场.在此基础上,本文从时间域波动方程出发,对上行波的一级近似方程反向外推,得到时间-空间域二维与三维的波场递推公式.通过求解地下空间的波场,并使用反褶积方法削弱虚拟波场的波形展宽效应,从而提高对地质界面的纵向分辨率,获得较为准确的地质界面信息.本文分别采用均匀半空间模型、D型模型、HK型模型以及两层含水采空区模型对本文方法进行验证,并对实测数据进行处理,偏移成像的结果与地质资料相吻合,说明瞬变电磁有限差分偏移成像方法在识别电性界面以及地层特征方面具有可行性.

中国东北地区地幔转换带接收函数三维Kirchhoff偏移成像研究

中国东北地区地幔转换带结构对于研究新生代板内火山深部成因及板片俯冲作用具有重要意义.本文利用东北地区密集流动台阵记录提取到的约60,000接收函数,采用三维Kirchhoff偏移成像方法得到了研究区410-km和660-km界面埋深以及转换带厚度分布图像.成像结果显示:长白山火山下方410-km和660-km界面均出现下沉,且660-km下沉的幅度较410-km更大,在25 km以上,认为与太平洋俯冲板片在转换带的停滞有关.长白山及龙岗火山以西过渡带厚度呈现小幅度减薄的特征,暗示俯冲板片在660 km深度附近可能发生撕裂.板片撕裂引起的热物质上涌和俯冲板片脱水共同为长白山火山提供了深部热源.五大连池火山下方观测到410-km界面抬升,而660-km界面下沉的现象,认为410-km界面的抬升可能与岩石圈拆沉有关,拆沉引起的局部对流可能为五大连池火山提供热源,而660-km界面的下沉可能反映存在残留的太平洋俯冲板片.

高效高精度隧洞岩体超前速度建模及成像

准确提取隧洞掌子面前方岩体的纵波速度信息并对异常地质体构造进行准确成像是提高地震波法超前地质预报精度的关键。时间域全波形反演(full waveform inversion, FWI)技术可以实现对掌子面前方岩体纵波速度的高精度建模;将FWI结合互相关目标函数,可以解决隧洞中不同炮孔能量不均对反演结果的影响,并提高反演算法的抗噪性;结合隧洞地震数据混合震源编码策略,可以显著提高FWI计算效率;利用FWI提供的准确速度模型,进行基于双向照明补偿互相关成像条件的逆时偏移(reverse time migration, RTM),可以实现对异常地质构造的精准成像。通过多种隧洞常见地质体模型的数值试验验证了高效高精度隧洞岩体超前速度建模及成像方法的有效性,并为实际隧洞工程应用提供了理论支撑。

基于F-K和Kirchhoff法的隧道衬砌双层钢筋偏移成像研究

针对隧道衬砌结构钢筋数量缺失与布置间距不合理等质量问题,基于探地雷达正演模拟试验,对隧道衬砌双层正对钢筋进行探测研究,分别采用F-K法和Kirchhoff法对钢筋检测图像进行偏移归位处理,探究钢筋回波信号偏移归位效果,比较两种偏移方法的优劣。结果表明:理想无噪声条件下,F-K法和Kirchhoff法能获取相同的偏移速度,并使衬砌双层钢筋回波信号准确归位,但由F-K偏移法得到的偏移图像信息熵更小,偏移效果更精确。含噪声情况下,F-K偏移法具有更强的抗噪性,能获取稳定有效的偏移速度,偏移处理后钢筋信号能量集中且易于识别。

井控快速偏移成像技术在地震导向钻井中的应用

在钻井之前,需要利用地面地震资料和邻井资料进行建模、成像和物性反演,据此确定井位并进行井轨迹设计。然而,钻前一些预测结果往往与实际所钻遇的地质情况相差甚远,导致基于地震资料的目标钻遇率不能达到预期目标。为了在钻井过程中及时跟踪并指导井轨迹设计,提出了基于井控的随钻快速偏移成像方法,利用钻井过程中获取的测录井数据,及时更新地震速度场,采用快速束(fast beam migration,FBM)偏移成像方法,重新对地震资料快速成像,得到空间信息更准确的地震数据,在不影响钻井作业的情况下,为现场进一步优化井轨迹设计提供地震资料支撑。

反射声波测井中的裂缝偏移成像特征研究

为实现井外裂缝快速准确成像,建立不同角度裂缝的反射声波测井模型,通过数值模拟正演方法模拟其声波波形,分析其特征,并利用不同偏移成像方法,对模拟波形进行偏移成像,分析各偏移成像方法特点及优缺点,并给出各方法的适用性。通过对实际井处理,结合侧钻井钻遇情况,验证方法的正确性,最终形成一套现场快速高效成像方法。

基于改进麻雀搜索算法优化BP神经网络的气动光学成像偏移预测

气动光学效应导致的目标图像偏移对于飞行器的导航、定位以及寻的影响很大,对气动光学成像偏移的实时补偿具有重要的实用价值。提出了一种基于改进型麻雀搜索算法优化BP神经网络(improved sparrow search agorithm optimized BP neural network,ISSA-BP)的模型,对气动光学成像偏移进行预测。为提高预测算法的搜索和跳出局部最优的能力,在标准麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)中借助鸟群算法(bird swarm algorithm,BSA)飞行行为的思想,使加入者以一定的概率向发现者靠近,缩短了算法的运行时间,保证了全局收敛和种群的多样性。最后将算法模型与BP神经网络模型和麻雀搜索算法优化BP神经网络(sparrow search algorithm BP,SSA-BP)模型进行对比,使用三种评价指标对三种算法模型进行评价,结果表明的ISSA-BP模型能够及时准确的对气动光学成像偏移进行预测,ISSA-BP模型的均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)和决定系数(R2)分别为2.511E-11、1.969E-06和0.99989。

地铁盾构隧道壁后空洞高精度成像方法

盾构隧道在建设和运营中常面对壁后空洞等隐蔽缺陷问题。这些隐蔽缺陷会导致隧道局部承载力降低,在荷载长期作用下增加隧道灾变风险。探地雷达是盾构隧道隐蔽缺陷探测的主要方法之一,然而直接对雷达数据进行解译受环境影响较大,不能满足日益提高的检测需求。为提高隧道检测的精度,采用时域有限差分法对不同尺寸与形状的隧道壁后空气/含水空洞进行数值模拟,研究不同类型空洞的电磁响应特征,并结合逆时偏移方法对空洞目标进行了高精度成像。之后,在搭建的隧道隐蔽缺陷试验平台中埋设了不同大小的空气/含水空洞并进行了雷达探测,利用足尺模型试验对所提出的成像方法进行验证。结果表明:相较于传统的绕射叠加偏移与Kirch-hoff偏移方法,本文提出的逆时偏移成像算法可在抑制成像目标边缘反射伪影的同时,准确估算空洞位置及尺寸。研究结果可为盾构隧道壁后空洞雷达数据解释提供参考。

小入射角条件下气动光学成像偏移

针对超声速飞行器在大气中飞行时由于气动光学效应产生的成像偏移,推导了光线偏折角和流场折射率梯度之间的关系,给出了小入射角情况下,离散折射率场光线偏折角的一种计算方法;利用不同流场的计算流体力学数据计算出对应的折射率场;使用光线追迹法得到光线通过不同流场后的偏折角和传播路径上的折射率梯度分布。仿真结果表明,新的偏折角计算方法所得结果在入射角小于30°时与Runge-Kutta和Snell光线追迹法具有很好的一致性;同一高度下小入射角时,光线的偏折角并不随着飞行速度的增加而增加,而是基本保持稳定;光线通过流场的偏折是正负折射率梯度区域共同作用的结果,负的折射率梯度区域可以减少光线偏折,起到部分"校正"作用。

基于改进PSO算法优化极限学习机的气动光学成像偏移预测

气动光学成像偏移的影响因子具有复杂时变、非线性、强耦合等关系,为了实现实际工程中气动光学成像偏移的在线补偿,将改进粒子群算法(PSO)与极限学习机(ELM)结合起来构建了高速飞行器在大气中飞行时的气动光学成像偏移预测模型。采用具有较强全局搜索能力的PSO算法优化ELM预测模型中的输入层与隐含层间的连接权值与隐含层阈值,并引入进化度因子与聚集度因子,对惯性权重进行动态改变。结果表明,PSO优化后的ELM算法精确度更高,泛化能力强,能及时准确的对气动光学成像偏移进行预测,避免了传统几何光学计算费时费力等缺点。

机载探地雷达数值模拟及逆时偏移成像

机载探地雷达可以用于人类无法到达的危险地区、植被严重覆盖的地下目标体探测,然而由于机载探地雷达的特殊性,影响机载探地雷达探测效果的因素包括天线的极化方向、天线的飞行高度以及地表粗糙度等.为了研究这些影响因素与探测效果之间的关系,用三维时间域有限差分模拟电磁波的传播过程,以沙漠地区地下空洞掩体的机载探地雷达探测为实例,分别模拟了不同天线极化方向、天线高度及地表粗糙度情况下的机载探地雷达剖面,分析了各因素对机载探地雷达探测地下空洞目标体的影响.天线极化方向与目标体走向垂直更有利于地下目标体探测;天线距离地表越近,可以获得更高分辨率的雷达剖面;沙漠地表起伏越大,雷达剖面中的散射杂波能量越强,浅部地下目标体信号容易被掩盖.为了消除起伏地形造成的散射杂波,提出用逆时偏移成像技术对共炮集机载探地雷达数据进行偏移成像,成像结果优于基尔霍夫偏移成像结果.

多震源地震数据偏移成像方法

多震源地震技术是一种高效的地震数据采集方法技术,得到的地震记录是来自多个震源的混合地震数据.本文在多震源波场传播理论和地震波场满足线性叠加原理的基础上,提出了两种多震源地震数据的偏移成像方法.第一种方法是首先对多震源地震数据进行分离,得到各个单震源的地震数据,然后再利用常规的偏移成像方法进行处理;第二种方法是多震源地震数据的直接偏移成像.把本文提出的多震源偏移成像方法应用于数值模拟的多震源地震数据,验证了本文方法的正确性和有效性,直接偏移成像方法较分离后再偏移方法具有更高的计算效率.

共反射角叠前偏移成像研究及应用

共偏移距道集已被广泛地应用于地震速度建模及振幅随偏移距变化(AVO)的研究中,但复杂构造及射线多路径产生的共偏移距道集不保幅性等一系列缺陷给AVO研究带来很大的困难.共反射角道集包含有能反映地下速度和岩性变化的信息,更有利于速度模型优化、地震振幅属性分析及地下岩性和断裂的研究.本文通过研究共反射角深度偏移方法和理论,完善了基于目标的共反射角深度偏移技术,提出了获得相对保幅共反射角道集方法.该方法克服了共偏移距域道集在复杂介质中遇到的困难,更能有效地反映波场和地质结构方面的信息.通过理论模型数据进行了试算,并采用实际地震数据对此方法进行了验证,在陡倾角成像方面取得较好效果.

基于GPU并行加速的逆时偏移成像方法

现今逆时偏移的应用面临海量数据存储及计算量巨大的问题。本文应用震源重构方法解决了逆时偏移互相关成像条件需要的海量存储问题,引入GPU Kernel解决逆时偏移计算效率低的问题。在此基础上,本文建立了一套基于GPU加速的叠前逆时偏移成像方法,并成功地应用于四川盆地A复杂区块。

井间地震数据的波动方程偏移成像

针对井间地震数据成像技术的一些缺陷并根据井间地震数据的特点,利用井间上、下行反射波信息,提出了一种基于波动方程的井间地震反射波偏移成像技术,该技术既考虑了井间地震数据的运动学特征(时间信息),又考虑了动力学特征(振幅信息).以PC机集群为计算平台,Linux为操作系统,设计了井间地震炮域波动方程偏移成像并行计算流程,并且在64位联想机群上用井间模型数据和某油田的实际数据对该技术和计算流程进行了测试和试处理,试验结果表明成像方法和并行算法正确、实用且计算效率高.