李广场[1]2004年在《有限差分法探地雷达波动方程偏移》文中研究指明本文论述了探地雷达偏移概念和原理。阐述了电磁波波动理论，根据波动理论，推导了用于偏移的波动方程。以波动方程为基础，在浮动坐标系下建立了有限差分波动方程偏移15°方程，并探讨了方程的解法；经过针对上行波波前和下行波波前的坐标变换，应用全波方程辅以合适的初始条件和边界条件，实现波场沿上行波波前延拓的全倾角有限差分偏移。 应用上述方法编制了相应的程序，分别用理论合成记录和实际资料进行了验算，结果表明所用的方法可行有效。
赵永辉, 吴健生, 万明浩, 谭春[2]2001年在《有限差分法探地雷达波动方程偏移成像》文中认为在探地雷达 (Ground- Penetrating Radar,简称 GPR)剖面中 ,由于绕射波的存在 ,使得资料的处理解释十分困难 ,其结果的准确性与真实度也会降低。针对这一问题 ,作者提出了探地雷达有限差分波动方程偏移法 ,首先进行了理论模型的实验分析 ,在此基础上我们对实测 GPR剖面资料进行分析处理 ,取得了较好的成果。
张彬[3]2010年在《探地雷达中的逆时偏移及速度估计》文中进行了进一步梳理偏移技术是探地雷达数据处理中一项重要的技术环节,其目的是使绕射波收敛和倾斜反射波归位,而寻求雷达高频电磁波所遵循的上行波方程又是波动方程偏移技术的关键。本文从几种常规的雷达偏移技术入手,讨论了它们的实现过程及优缺点,再从传统15°有限差分偏移算法遵循的波动方程出发,分析了该算法难以使陡倾角反射界面偏移归位的产生根源,进而引入了不同于浮动坐标变换或延时坐标变换的线性变换,通过对原波动方程进行了精确推导而未采用任何近似,得到了与15°偏移方程形式相同的均匀介质中线性变换有限差分偏移方程,在不同的差分格式及边界条件约束下实现雷达波场的逆时外推,论文在前人研究的基础之上,研究了该偏移算法在非均匀层状变速介质中的实现情况,通过对加入了速度参数的波动方程进行推导,得到非均匀变速介质中含混合因子项的线性变换差分逆时偏移方程,解决了原偏移算法在非均匀介质中对速度参数的高敏感性问题,并编写了相应的Matlab实现程序,应用该程序对复杂的非均匀变速介质地电模型的正演剖面和实测剖面进行了偏移处理,分析得到的偏移结果体现了混合因子项的作用,即在非均匀介质中同时存在主要反射体和多次反射质点的情况下,可以根据勘探目的,选择是否考虑差分方程式中的混合项来对其进行偏移处理。在此基础上,而在运行线性变换差分逆时偏移程序进行波场外推,需要输入速度矩阵,实际操作中常是根据偏移成像后图像的效果,对输入的速度矩阵进行不断的修正,这样来逐渐逼近地下介质真实的速度参数,这就给该算法的偏移结果带来一定误差,所以准确速度参数是该偏移算法实现的关键,文章深入研究了波速估计,提出了一种较精确的适合该偏移算法的波速估计方法,它结合输入得到的准确速度矢量矩阵,再次对前面实测资料的偏移效果进行优化,通过对比二者的偏移效果,基于波速估计的非均匀介质中线性变换差分逆时偏移算法极大地提高了原算法的偏移精度。本文得到国家自然科学基金项目、教育部博士点新教师基金资助项目、湖南省自然基金重点项目、湖南省科技计划项目的联合支助。
冯德山, 戴前伟, 何继善[4]2006年在《探地雷达的正演模拟及有限差分波动方程偏移处理》文中指出利用麦克斯韦方程和有限差分法,推导出雷达波的二维有限差分正演方程组,并运用该正演方程对“V”字形地电模型和同一斜面上的5个圆的地电模型进行正演合成,得到其相应的正演合成剖面;把该正演合成的剖面与实际模型相比,得出正演合成图与实际模型的示意图在形状上有一定的差别,这是剖面中异常点处的绕射波所致;为了提高雷达资料的解释精度,对正演合成的雷达剖面进行后处理,运用雷达上行波反向外推有限差分偏移法,对2个正演合成的雷达剖面进行偏移处理,通过对比偏移处理前后的雷达正演剖面,采用有限差分偏移法能使雷达正演剖面中的反射波归位,绕射波收敛,从而大大提高了雷达正演剖面的分辨率,有利于探地雷达剖面的地质解释和验证偏移方法的有效性。
戴前伟, 冯德山, 何继善[5]2005年在《Kirchhoff偏移法在探地雷达正演图像处理中的应用》文中研究指明本文首先通过对波动方程的分析,得出了声波波动方程和雷达波波动方程形式一致性,从而说明了把广泛应用在地震数据处理中的偏移技术引入到GPR资料处理中的可行性;其后说明了时域有限差分法(FDTD)的原理,并用它合成了几种常见的雷达正演剖面;最后利用Kirchhoff积分偏移法对正演所得的雷达剖面进行偏移处理,通过对比偏移处理前后的雷达正演剖面,可知Kirchhoff积分偏移法能使雷达正演剖面中的反射波的归位,绕射波收敛,从而大大地提高了雷达正演剖面的分辨率,更好地指导GPR剖面的地质解释和验证偏移方法的有效性.
许德根[6]2017年在《叁角形非结构化有限元GPR正演模拟》文中研究说明对于实际的地球物理模型的数值模拟,网格的划分对于拟合地球物理模型具有十分重要的意义。它直接影响着有限元数值模拟的求解效率以及计算精度。一般情况下,网格生成技术可以分为结构化网格和非结构化网格两大类。结构化网格具有统一的结构特点,生成速度快,结构单一,但是不能够满足复杂的地球物理模型的数值模拟。目前,非结构化网格划分技术在探地雷达的有限元数值模拟中应用的较少,相关的研究文献也相对较少。因此,本文研究了叁角形非结构化网格下的探地雷达有限元数值模拟,并且建立了多种地球物理模型,进行了二维GPR有限元数值模拟、分析,归纳总结了雷达波在不同地质地球物理模型中的传播规律,对实际资料的解释工作具有十分重要的意义。本文在前人研究的基础上,重新推导了基于叁角形网格划分的探地雷达有限元波动方程,并详细的给出了波动方程的解法。在数值模拟计算中,对加载透射了边界条件和没有加载透射边界条件的均匀模型开展了数值模拟,分析了透射边界的处理效果;简要分析了雷达波在介质水和空气的传播规律,分析了其中的差异;建立了道路路基病害模型、隧道地质超前预报模型以及顶管脱空模型等数学物理模型,分析了雷达波在不同模型中的传播规律。通过数值模拟可以发现:透射边界条件能够很好的抑制模型边界处所产生的干扰波;可以通过雷达波在介质中传播的多次反射波特征来区别介质水和介质空气;通过隧道地质超前预报与实测数据相结合,对于更好的判断雷达波在此类模型中的传播特点提供依据;通过对顶管脱空模型的进行数值模拟,发现探地雷达对于水泥混凝土顶管脱空能够取得很好的探测效果,对于钢顶管的脱空效果并不明显,与实测效果相符合。通过减小钢顶管壁的厚度,能够对脱空情况进行探测,但是效果并不明显。研究表明:非结构化网格对于物性参数复杂的的地球物理模型具有很好的适应性;非结构化网格剖分的质量好,单元易于控制,能够很好的实现自适应有限元,提高数值模拟的精度。
裴建新[7]2004年在《衰减介质中地质雷达数据正演模拟和迭前偏移方法研究》文中研究说明至今，在使用显式外推算子的地质雷达数据迭前深度偏移中几乎都忽略了电磁波的吸收，受野外数据采集方法的限制，常用的偏移方法也主要解决共偏移距数据问题。本文提出了一种在迭前深度偏移方法中考虑吸收效应的方法，该方法为基于波动方程理论且考虑介质吸收特性的有限差分算法。在获得模型的正演模拟结果后，在多偏移距数据的波场外推中同时使用速度和吸收模型，以实现考虑吸收特性的偏移处理。 本文在模拟雷达波数据剖面时，从麦克斯韦方程组出发，利用微分形式方程组的旋度方程推导正演模拟的FDTD差分格式。求得满足数值稳定性的Courant条件后设定时间、空间网格的单位元胞尺寸，采用Yee网格进行网格的剖分，设置正演模型的空间电磁参数。为了在有限的研究区域获得无限空间的波场模拟，在区域边界处引入PML吸收边界，并获得了较好的效果。 分别在无吸收性和中等吸收性介质中获得模拟结果，比较剖面差异知，在雷达数据研究中考虑吸收问题是十分重要的。另一方面，本文由波动方程推导有限差分波场外推算子。该算子包含吸收衰减与复速度的函数关系，由它获得反延拓算子，进而实现有限差分迭前深度偏移。对输出的深度剖面，分析考虑介质吸收特性与否对成像效果的影响。 本文通过考虑具有中等吸收性的介质模型，目的是要展示在地质雷达偏移方法中考虑吸收的必要性和效果。试验结果表明，文中的偏移方法可获得较好横向分辨率的同时，还能实现吸收补偿，所得到的图像要好于用没有考虑吸收的外推算子得到的图像，可见它是切实可行的。随着该方法的进一步研究，我们还将获得更为丰富的关于近地表介质特性和结构的高分辨率信息。
李成方, 王绪本, 薛克勤, 刘福江, 邓光君[8]2004年在《偏移技术在GPR资料处理中的研究》文中研究说明针对GPR剖面中存在的绕射波影响资料处理和解释问题,根据雷达波波动方程和声波波动方程在形式上的一致性,合理地将地震勘探中成熟的相位移波动方程偏移法、克希霍夫积分偏移法和有限差分波动方程偏移法引入到GPR资料处理中。理论模型的试验和实测资料的处理分析表明,该方法有较好的效果。
裴建新[9]2007年在《补偿吸收衰减的地质雷达数据迭前偏移方法研究》文中进行了进一步梳理至今,在使用显式外推算子的地质雷达数据迭前深度偏移中几乎都忽略了电磁波的吸收,受野外数据采集方法的限制,常用的偏移方法也主要解决共偏移距数据问题。本文提出了针对多偏移距数据,在频率—空间域迭前深度偏移中考虑吸收效应的方法,分别从电磁波方程和声波方程实现偏移,两种方法均为基于波动方程理论,均考虑介质吸收特性的有限差分算法,在波场外推中同时实现对吸收衰减的补偿。在获得合成雷达波数据剖面时,从麦克斯韦方程组出发,利用微分形式方程组的旋度方程推导正演模拟的FDTD差分格式。求得满足数值稳定性的Courant条件后设定时间、空间网格的单位元胞尺寸,采用Yee网格进行网格的剖分,设置正演模型的空间电磁参数。为了在有限的研究区域获得无限空间的波场模拟,在区域边界处引入PML吸收边界,并获得了较好的效果。由麦克斯韦方程出发,推导含传导电流项的频率域电磁波方程,参照电导率参数分析电磁波的速度、吸收衰减与频率之间的关系,得到衰减介质中电磁波的传播规律。认为在高频低电导率、低相对介电常数的情况下,在较高的频率范围内容易达到电磁波的“平台效应”状态,而不同时满足这些条件时,电磁波在衰减介质中的频散现象则不能忽略。设计了在介质内部模拟直达波数据的方式,分别在无吸收性和中等吸收性介质中模拟数据,将其用于讨论电磁波在横向上的衰减特征。本文由含传导电流项的麦克斯韦方程出发推导有限差分波场外推算子。为了考虑横向速度变化的问题,在空间域设计叁阶精度的褶积算子,该算子包含吸收衰减与复速度的函数关系,由它获得同时延拓波场值和波场垂向导数的反延拓算子矩阵,通过反延拓对波场传播效应的消除作用,在完成有限差分迭前深度偏移的同时,实现对吸收衰减的补偿。在无吸收的情况下,对叁种模型的合成数据进行电磁波方程偏移,可知该方法对于不精确的速度结构,也能够使尺寸较小的绕射体准确归位,水平层成像结果平直光滑,对倾斜界面拐点的绕射能量也能很好地归位,该方法均具有较好的横向和纵向分辨率。讨论了双边激发对于充分反映介质横向信息的优势。在有吸收的情况下,对合成数据进行不考虑吸收衰减和补偿吸收衰减的偏移,表明该方法对吸收引起的能量衰减实现补偿的同时,能够改善由吸收引起的纵向拉伸畸变,可以在一定程度上消除同相轴不合理的上翘或下拉现象,完成数据的正确归位。对含随机噪声数据的偏移表明,该方法能够实现在反延拓的过程中,以反褶积过程对噪声进行的滤波是有效的,在较低信噪比的条件下仍具有较好的抗噪效果,体现了频率域延拓的优势。对实测数据进行补偿吸收衰减的电磁波方程偏移表明,该方法能够补偿微弱的层位信息,按照衰减的程度进行补偿,改善同相轴在横向上连续性,补偿能量的同时,提高纵向分辨力。讨论了迭加处理对干扰信息压制的效果。提出以频谱比曲线确定合理的补偿偏移频带宽度。由声波方程出发,分析其代替电磁波方程的近似情况,并给出单独延拓波场值的有限差分迭前偏移算法。两种方法的偏移效果对比发现,电磁波方程对于深部衰减较大的部分能量能够实现补偿,而声波方程考虑吸收项时具有近似性,只能对衰减较小的信息发挥振幅加强、提高分辨率的作用,对于深层信息补偿能力不足。
薛桂霞, 邓世坤, 刘秀娟[10]2004年在《逆时偏移在探地雷达信号处理中的应用》文中进行了进一步梳理在探地雷达的实测资料中 ,由于绕射波的存在导致了地下结构图象显示不清。根据电磁波与弹性波传播的相似性 ,本文将地震资料处理的偏移算法 (即基于标量波动方程的逆时偏移算法 )运用到探地雷达的资料处理中。结果显示 ,绕射波得到了很好的归位 ,反射体的连续性得到了加强 ,提高了探地雷达资料解释的分辨率
参考文献：
[1]. 有限差分法探地雷达波动方程偏移[D]. 李广场. 河海大学. 2004
[2]. 有限差分法探地雷达波动方程偏移成像[J]. 赵永辉, 吴健生, 万明浩, 谭春. 物探化探计算技术. 2001
[3]. 探地雷达中的逆时偏移及速度估计[D]. 张彬. 中南大学. 2010
[4]. 探地雷达的正演模拟及有限差分波动方程偏移处理[J]. 冯德山, 戴前伟, 何继善. 中南大学学报(自然科学版). 2006
[5]. Kirchhoff偏移法在探地雷达正演图像处理中的应用[J]. 戴前伟, 冯德山, 何继善. 地球物理学进展. 2005
[6]. 叁角形非结构化有限元GPR正演模拟[D]. 许德根. 湖南科技大学. 2017
[7]. 衰减介质中地质雷达数据正演模拟和迭前偏移方法研究[D]. 裴建新. 中国海洋大学. 2004
[8]. 偏移技术在GPR资料处理中的研究[J]. 李成方, 王绪本, 薛克勤, 刘福江, 邓光君. 物探与化探. 2004
[9]. 补偿吸收衰减的地质雷达数据迭前偏移方法研究[D]. 裴建新. 中国海洋大学. 2007
[10]. 逆时偏移在探地雷达信号处理中的应用[J]. 薛桂霞, 邓世坤, 刘秀娟. 煤田地质与勘探. 2004