基于电磁散射中心的风电机叶片雷达回波仿真与分析

准确获取风电机叶片雷达回波及其微多普勒特征是解决风电场对雷达台站无源干扰的关键问题。针对现有散射点积分算法的假设缺陷,引入散射中心的概念,提出一种将叶片整体回波等效为若干散射中心回波贡献集的思想,实现了叶片回波的准确求解。采用旋转不变技术信号参数估计法,求解叶片散射中心的位置和散射强度参数,从而在三维坐标系中建立叶片的散射中心等效模型。基于电波暗室,开展风电机缩比模型实验,表明散射中心的测量结果与仿真结果具有相同的分布规律。基于该等效模型,推导叶片时域回波表达式,并采用短时傅里叶变换法,实现叶片回波的微多普勒特征分析,为风电机杂波滤除提供理论参考。

各向异性介质弹性波多参数全波形反演

各向异性介质弹性波方程全波形反演过程中多参数之间的相互耦合,使得弱参数在反演过程中难得到理想的结果.本文以VTI介质为例,在各参数辐射模式分析的基础上,基于改进的散射积分算法实现目标函数梯度的直接求取,进一步构建高斯牛顿方向,实现Hessian矩阵的有效利用,以考虑Hessian矩阵非主对角线元素包含的各参数间的耦合效应,在不使用任何反演策略的情况下实现高精度的VTI介质弹性波方程多参数同步反演.同时,该方法在计算过程中无需存储庞大的核函数矩阵,且无需传统截断牛顿法中额外的正演计算,因此内存占用小,计算效率高.本文数值试验验证了该方法的有效性,为各向异性多参数全波形反演提供了一种新的解决方案.

基于谱元法的全波形反演及其在海底地震数据中的应用

全波形反演已被广泛应用于获取地下速度结构.而反演问题与正演方法密切联系,针对特定反演问题,合适的正演方法能极大提高反演效率和精度.本文首先验证谱元法在含起伏界面模型数值模拟方面的优势,在此基础上将谱元法作为正演引擎应用于全波形反演,并为克服未知子波的影响,采用一种归一化的频率域目标泛函.结果表明,起伏地表情况下,基于谱元法的全波形反演相比于基于传统有限差分法反演,具有更高的反演精度.进一步,本文将基于谱元法的波形反演方法应用于OBS观测系统的理论合成数据和野外采集数据.谱元法非结构化网格剖分自然满足自由边界条件,能很好地适应不规则海床并模拟多次波.理论实验表明,即使在OBS观测系统很稀疏的情况下,基于谱元法的全波形反演仍能获得海底以下正确的高波数速度结构.在处理实际OBS数据时,本文采用分频策略以减少反演非线性,初始模型成功更新,其结果揭示了西沙海槽海底以下更多的细节信息.

初至波相位走时层析

近地表速度结构通常是利用射线走时层析或菲涅尔体走时层析等反演方法得到的,但它们的目标函数仍利用射线走时残差构建,导致反演精度不高.为此,本文提出了基于散射积分算法的初至波相位走时层析成像方法.该方法的核心是:(1)提出了依赖于频率的相位走时概念;(2)利用依赖于频率的相位走时信息,而非单一的无限频率射线走时;(3)发展了一种改进的相位展开方法,即通过监测相位不连续性和2π周期判定来消除相位折叠现象;(4)考虑了地震波传播的有限频特征,即基于波动理论而非传统的射线路径或有限空间的菲涅尔体构建核函数.通过利用Overthrust模型的数值实验及与传统射线走时层析和菲涅尔体走时层析的对比表明:本文提出的方法是一种有效的初至波走时反演方法.同时,基于Overthrust模型的数值试验还证明了下列结论,即通过挖掘更多的走时信息的确可以获得更高的反演精度和分辨率.

地形影响下的风轮机雷达回波仿真与分析

为研究地形因素对风轮机雷达回波的影响,利用雷达、地形障碍物和风轮机的位置信息,分析了风轮机的可视性条件;基于散射点积分算法,建立了风轮机完全可视和部分可视时的雷达回波模型;最后通过仿真分析了风轮机雷达回波在时域、频域和时频域的特征.仿真结果表明,不同地形条件下风轮机的可视性不同,进而影响风轮机雷达回波特征.