基于归一化互相关成像条件的GPR逆时偏移成像

针对基于零时刻成像条件的探地雷达(GPR)逆时偏移精度低、难以对复杂结构进行高精度成像的缺点,将归一化互相关成像条件应用于GPR叠前逆时偏移成像。从二维GPR电磁波方程出发,采用基于完全匹配层(PML)边界条件的时域有限单元法(FETD)模拟电磁波正向和逆向传播,采用归一化互相关成像条件获取叠前逆时偏移的偏移结果,将空间高通滤波用于压制互相关过程中产生的低频噪声,然后编制相应的GPR叠前逆时偏移程序。在此基础上,建立2个复杂的GPR模型,利用基于归一化互相关成像条件的GPR逆时偏移程序进行计算,并与基于零时刻成像条件的GPR逆时偏移剖面进行对比。研究结果表明:与基于零时刻成像条件的GPR逆时偏移剖面相比,基于归一化互相关成像条件的GPR叠前逆时偏移剖面能更清晰地反映异常体空间形态和内部结构信息,其分辨率和成像精度更高。

基于电磁波衰减补偿的探地雷达三维逆时偏移成像

常规探地雷达(GPR)逆时偏移大都未考虑高频电磁波在地下高电导率介质中传播的强衰减特性,致使高衰减区域的成像质量低;实际地下结构呈三维空间分布,二维GPR逆时偏移难以将反射波准确归位和绕射波完全收敛于真实位置.为此,本文构建了一种基于电磁波衰减补偿的三维GPR逆时偏移算法.该算法采用三维时域有限差分法计算正传和反传电磁波场,并通过改变反传电磁波方程中包含电导率的衰减项的正负号,人为保持反传时的时间对称性和反转不变性,以补偿正传时衰减的能量;零时刻成像条件用于获取地下三维结构的成像结果.数值试验结果表明:相比于常规GPR逆时偏移算法,基于电磁波衰减补偿的三维GPR逆时偏移可精确补偿电磁波在地下高电导率介质中正传衰减的能量,高电导率区域的成像精度更高,分辨率更好,抗干扰能力更强,其结果更有利于指导后续雷达剖面的解译.

探地雷达逆时偏移在隧道衬砌空洞成像中的应用

隧道衬砌空洞的精确定位一直是隧道质量检测的难题之一。常规单程波偏移受横向速度变化和倾角限制影响较大,无法将绕射波精确归位到衬砌空洞的真实空间位置,成像精度不高。本文提出了一种基于探地雷达(GPR)逆时偏移的隧道衬砌空洞成像方法。首先从电磁波动方程出发,详细阐述了GPR逆时偏移原理,其中时域有限差分法(FDTD)用于计算反传电磁波场,基于爆炸反射面概念的零时刻成像条件用于获取逆时偏移结果。在此基础上,编制了相应的GPR逆时偏移程序,应用该程序对一典型隧道衬砌空洞模型的GPR正演数据和衬砌空洞物理模型的实测数据进行逆时偏移成像,并与克希霍夫偏移剖面进行对比。对比结果表明:逆时偏移能将钢筋网和空洞处的绕射波更好地收敛于真实位置,多次波和杂乱散射波压制效果更好,分辨率更高。此外,通过不同程度噪声的逆时偏移结果对比,表明逆时偏移具有较强地抗干扰能力,可用于强干扰等复杂环境下的雷达剖面精确解译。

基于FDTD的探地雷达三维逆时偏移成像

探地雷达(GPR)二维逆时偏移算法在处理实际三维雷达资料时,难以实现绕射波的准确归位和能量的完全收敛,严重制约着地下三维目标体的成像精度.本文提出了一种基于时域有限差分法(FDTD)的GPR三维逆时偏移算法,其中基于单轴各向异性完全匹配层(UPML)的GPR三维FDTD算法用于计算三维电磁波场的正向和逆时延拓;基于爆炸反射面原理的零时刻成像条件用于获取三维GPR叠后逆时偏移成像剖面;拉普拉斯滤波用于压制低频噪声.将该算法应用于一个长方体空洞模型的三维正演数据中,通过对比逆时偏移前、后的雷达剖面和速度模型可知:GPR三维逆时偏移算法能使正演剖面中的反射波归位、绕射波收敛且逆时偏移剖面与对应的速度模型非常吻合,能够精确重构异常体的三维空间形态和内部结构信息,极大地提高了雷达剖面的分辨率.