CN103376443A - 探地雷达探测地面干扰快速消除方法 - Google Patents

探地雷达探测地面干扰快速消除方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103376443A
CN103376443A CN2013102879220A CN201310287922A CN103376443A CN 103376443 A CN103376443 A CN 103376443A CN 2013102879220 A CN2013102879220 A CN 2013102879220A CN 201310287922 A CN201310287922 A CN 201310287922A CN 103376443 A CN103376443 A CN 103376443A
Authority
CN
China
Prior art keywords
interference
penetrating radar
ground penetrating
data
source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013102879220A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103376443B (zh
Inventor
林金鑫
田钢
王帮兵
石战结
赵文轲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201310287922.0A priority Critical patent/CN103376443B/zh
Publication of CN103376443A publication Critical patent/CN103376443A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103376443B publication Critical patent/CN103376443B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公布了一种探地雷达探测地面干扰快速消除方法。本发明首先进行野外干扰源调查，获得干扰源类型及其与探地雷达测线的位置关系。其次.计算干扰时距曲线，并与探地雷达实测剖面进行对比，在实测剖面上识别出干扰信号。然后对干扰时距曲线进行离散化处理，并从实测剖面提取出包含干扰信号的数据，最后计算干扰数据的标准值，利用标准值进行干扰消除处理计算，得到替换数据。本发明能够快速消除探地雷达实测数据中的地面干扰信号，进而增强数据的信噪比，使被干扰信号干扰的有用数据得到展示，为最终的解译提供更多的有用信息，从而提高探地雷达的探测效果。

Description

探地雷达探测地面干扰快速消除方法
技术领域
本发明涉及探地雷达勘探领域，尤其涉及一种能快速消除地面以上物体产生的电磁波干扰方法。
背景技术
由于探地雷达探测时常会采用非屏蔽天线，天线发射的电磁波部分能量在空中传播。空气中电磁波衰减很小，而地下反射回波能量很弱。地面以上物体如铁块、电线、铁丝网、建筑物等产生的反射干扰会叠加在地下有效反射信号上，且与有效信号相比，干扰能量强，甚至有可能掩盖有效信号。随着工业化和城市化进程的加快，地面以上物体产生的反射干扰是探地雷达勘探工作面临的主要问题之一。故需要有一种能简便快速识别并压制或消除这种干扰的技术。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种探地雷达探测地面干扰快速消除方法。
本发明方法具体是：
步骤1.野外干扰源调查，获得干扰源类型（可抽象近似为点源、线源、面源三种类型）及其与探地雷达测线的位置关系（用对应的坐标参数来表示）。 
步骤2.计算干扰时距曲线。
步骤3.将计算所得的干扰时距曲线与探地雷达实测剖面进行对比，从而在实测剖面上识别出干扰信号。
步骤4.选取处理时窗，设时窗的大小为                                               ，干扰信号的延续时间为L，则
Figure 2013102879220100002DEST_PATH_IMAGE004
，干扰信号的延续时间，可以从探地雷达实测剖面中直接拾取。
步骤5.对干扰时距曲线进行离散化处理，用
Figure 2013102879220100002DEST_PATH_IMAGE006
来表示探地雷达实测剖面上
Figure 2013102879220100002DEST_PATH_IMAGE008
位置的信号值，其中
Figure 2013102879220100002DEST_PATH_IMAGE010
为第道探地雷达信号的位置坐标，
Figure 2013102879220100002DEST_PATH_IMAGE014
为总道数，为第
Figure 2013102879220100002DEST_PATH_IMAGE018
个时间采样点的时间坐标，
Figure 2013102879220100002DEST_PATH_IMAGE020
为采样点数。将干扰时距曲线离散化为
Figure 2013102879220100002DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 2013102879220100002DEST_PATH_IMAGE024
为步骤2干扰曲线计算所得的时间坐标。
步骤6.从实测剖面提取出包含干扰信号的数据，可得
Figure 2013102879220100002DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 2013102879220100002DEST_PATH_IMAGE028
为时间采样率，为处理时窗除以时间采样率所得的处理采样点数。
步骤7.计算干扰数据的标准值
Figure 2013102879220100002DEST_PATH_IMAGE032
Figure 2013102879220100002DEST_PATH_IMAGE034
步骤8.利用标准值进行干扰消除处理计算，得到替换数据
Figure 2013102879220100002DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 2013102879220100002DEST_PATH_IMAGE038
步骤9.将步骤6所提取的数据用干扰消除处理计算所得的替换数据替换。
本发明的有益效果：
能够快速消除探地雷达实测数据中的地面干扰信号，进而增强数据的信噪比，使被干扰信号干扰的有用数据得到展示，为最终的解译提供更多的有用信息，从而提高探地雷达的探测效果。
附图说明
图1为探地雷达探测地面干扰快速消除方法的流程图。
图2为采用剖面法测量时，野外干扰源调查范围的示意图，图中虚线为探地雷达测线，实线所圈范围为调查区域，包括一个矩形和两个半圆。
图3为采集探地雷达数据时，获取点源干扰源参数的示意图。
图4为采集探地雷达数据时，获取线源干扰源参数的示意图。
图5为采集探地雷达数据时，获取面源干扰源参数的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
首先需对测区建立空间坐标系，以探地雷达测线为
Figure DEST_PATH_IMAGE040
轴，测线起点为原点，地面垂直测线的为
Figure DEST_PATH_IMAGE042
轴，垂直向下为
Figure DEST_PATH_IMAGE044
轴建立直角坐标系。接着设置相应的参数，包括电磁波在空中的传播速度
Figure DEST_PATH_IMAGE046
，干扰波的初至时间为
Figure DEST_PATH_IMAGE048
。最后设置三种抽象干扰源类型位置的表达参数，点源用点坐标（
Figure DEST_PATH_IMAGE050
）表达，其到原点的距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE052
；线源用过点（
Figure DEST_PATH_IMAGE054
）且与非零矢量
Figure DEST_PATH_IMAGE056
平行的直线表达；面源用方程
Figure DEST_PATH_IMAGE058
，且
Figure DEST_PATH_IMAGE060
不同时为0的面表达。
在上述设置的基础上，三种的探地雷达测量方式下三种抽象干扰源类型的9个干扰时距曲线表达式，将分述如下：
1）宽角法测量
宽角法测量方式要求一个天线固定在某一点不动，而另一个天线沿测线移动。坐标系建立时以固定不动的天线所在点为坐标原点，以测线为
Figure 372326DEST_PATH_IMAGE040
轴，则可设两个天线的坐标分别为（
Figure DEST_PATH_IMAGE062
）和（
Figure DEST_PATH_IMAGE064
）。
如果干扰源为点源类型， 
Figure DEST_PATH_IMAGE066
                                    （1）
如果干扰源为线源类型， 
Figure DEST_PATH_IMAGE068
           （2）
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
，
。
如果干扰源为面源类型，当两个天线在面源干扰源的两侧或有一个在面源时，，但这时是透射而非反射。测量时，多是两个天线在面源干扰源的同侧，这时有
Figure DEST_PATH_IMAGE078
               （3）
2)共中心点法测量
共中心点法测量方式要求发射天线和接收天线以相同固定步距沿测线分别向两端同时移动，或从两边向中点同时移动，两个天线的中点位置不变。坐标系建立时以两天线的中点为原点，以测线为轴，则可设发射天线坐标为（
Figure 695302DEST_PATH_IMAGE064
）,接收天线坐标为（
Figure DEST_PATH_IMAGE080
）。
如果干扰源为点源类型，
Figure DEST_PATH_IMAGE082
                          （4）
如果干扰源为线源类型， 
            （5）
式中：
Figure 774391DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure 659170DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure 926203DEST_PATH_IMAGE074
。
如果干扰源为面源类型，当两个天线在面源干扰源的两侧或有一个在面源时，，但这时是透射而非反射。测量时，多是两个天线在面源干扰源的同侧，这时有
Figure DEST_PATH_IMAGE086
                        （6）
3)剖面法测量
剖面法是发射天线和接收天线以固定间距沿测线同步移动的一种测量方式，即两个天线的相对位置是不变的。坐标系建立时以发射天线所在测线为
Figure 470DEST_PATH_IMAGE040
轴，天线距为
Figure DEST_PATH_IMAGE088
，且两天线的连线与
Figure 482398DEST_PATH_IMAGE040
轴夹角为
Figure DEST_PATH_IMAGE090
，
Figure DEST_PATH_IMAGE092
则可设发射天线坐标为（
Figure DEST_PATH_IMAGE094
），接收天线坐标为（
Figure DEST_PATH_IMAGE096
）。
如果干扰源为点源类型， 
Figure DEST_PATH_IMAGE098
      （7）
如果干扰源为线源类型， 
Figure DEST_PATH_IMAGE100
   （8）
式中：
Figure 226494DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure 43140DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure 593201DEST_PATH_IMAGE074
,
Figure DEST_PATH_IMAGE102
，
 
Figure DEST_PATH_IMAGE104
，
Figure DEST_PATH_IMAGE106
。
如果干扰源为面源类型，当两个天线在面源干扰源的两侧或有一个在面源时，
Figure DEST_PATH_IMAGE108
，但这时是透射而非反射。测量时，多是两个天线在面源干扰源的同侧，这时有
     （9）
在上述9个干扰时距曲线表达式的基础上，就可以进行地面干扰的消除处理了，具体的流程可参考图1。首先应进行地面以上物体干扰源调查，记录好干扰源与测线的位置关系。当干扰源是点源类型时，则主要用三个参数来记录，参考式（1）、（4）、（7），用
Figure DEST_PATH_IMAGE112
来记录。当干扰源是线源类型时，则主要用六个参数来记录，参考式（2）、（5）、（8），用
Figure 867319DEST_PATH_IMAGE054
和
Figure DEST_PATH_IMAGE114
来记录。当干扰源是面源类型时，则主要用四个参数来记录，参考式（3）、（6）、（9），用
Figure DEST_PATH_IMAGE116
来记录。
           当采用宽角法测量时，根据式（1）可知只要在
Figure DEST_PATH_IMAGE118
所圈定的范围内进行调查即可，上式以及下式（10）~（12）中
Figure 166670DEST_PATH_IMAGE046
为电磁波在空气中的速度，一般取0.3m/ns；
Figure DEST_PATH_IMAGE120
为时窗。为实际操作方便，可将上述范围适当放大成以原点（不动的那个天线位置）为中心的圆内进行调查，圆的半径由下式（10）计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE124
                                                 （10）
   当采用共中心点测量时，根据式（4）可知只要在以原点（两天线中点）为中心的圆内进行调查即可，圆的半径
Figure DEST_PATH_IMAGE126
可由下式（11）计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE128
                                              （11）
   当采用剖面法测量时，由于一般两个天线的距离d都很小，故可对式（7）中的d近似为0，其干扰调查范围则如图2所示，主要在垂直测线距离为的矩形范围以及以测线起点（即坐标系原点）和测线终点为圆心的两个半圆内进行调查即可，半圆的半径等于
Figure 159028DEST_PATH_IMAGE130
，可由下式（12）计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE132
                                             （12）
           接着便可以在上面所说的调查范围内进行干扰源的调查，三种类型干扰源坐标参数的获取方式如下：
           当干扰源为点源类型时，可如图3所示来获得参数，测量点源干扰源在测线上的投影点在测线上的位置，从而获得
Figure DEST_PATH_IMAGE134
值；测量点源干扰源在地面的投影点到测线的距离，从而获得
Figure DEST_PATH_IMAGE136
值；测量点源干扰源到地面的垂直距离，从而获得
Figure DEST_PATH_IMAGE138
值。
           当干扰源为线源类型时，可如图4所示来获得参数，先在线源干扰源上任取两点，最好有一定的距离，然后参照点源干扰源参数获取方式获得两点的坐标（
Figure 371835DEST_PATH_IMAGE054
）和（
Figure DEST_PATH_IMAGE140
），这就已获得线源6个参数中的
Figure 828355DEST_PATH_IMAGE054
，剩下的3个则可由下式（13）来获得：
Figure DEST_PATH_IMAGE142
                         (13)
           当干扰源为面源类型时，可如图5所示来获得参数，首先在面源干扰源上选取三个不共线的点，然后参照点源参数获取的方式获得三点的坐标（）、（
Figure 954760DEST_PATH_IMAGE140
）和（
Figure DEST_PATH_IMAGE144
），接下来可通过解下面的方程组来获得面源干扰源的4个参数：
Figure DEST_PATH_IMAGE146
Figure DEST_PATH_IMAGE148
                                   （14）
Figure DEST_PATH_IMAGE150
根据平面方程的相关数学定理，上述方程组中可设
Figure DEST_PATH_IMAGE152
，
Figure DEST_PATH_IMAGE154
可以为任意不为0的常数。
在获得干扰源类型及其坐标参数的基础上，接着就可以利用式（1）-（9）进行干扰时距曲线的计算。然后与实测的探地雷达剖面进行对比，从而在实测剖面上识别出干扰信号。
在识别出干扰后就可以进行干扰的消除处理。首先是选取处理时窗，即是对计算所得干扰曲线以下多少时间范围内的数据进行干扰消除处理。时窗的选择是因为干扰信号是一个有一定时间延续的连续信号。时窗的选择只要比干扰信号的延续时间略长即可。设时窗的大小为
Figure 784307DEST_PATH_IMAGE002
，干扰信号的延续时间为L，则
Figure 282284DEST_PATH_IMAGE004
，干扰信号的延续时间，可以从探地雷达实测剖面中直接拾取（一个估略值即可）。
接着将干扰时距曲线离散化为
Figure 866980DEST_PATH_IMAGE022
。然后在实测数据中将干扰波处理时窗内的数据提取出来，可得
Figure DEST_PATH_IMAGE156
。然后计算干扰波标准值
Figure DEST_PATH_IMAGE158
，计算式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE160
              （15）
接着就可以用标准值对干扰处理时窗内的数据进行干扰消除处理，计算式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE162
        （16）
将原始数据中的
Figure 749443DEST_PATH_IMAGE156
用
Figure DEST_PATH_IMAGE164
进行替代即可实现对地面物体干扰信号的消除。

Claims (1)

1. 探地雷达探测地面干扰快速消除方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1.野外干扰源调查，获得干扰源类型及其与探地雷达测线的位置关系； 
步骤2.计算干扰时距曲线；
步骤3.将计算所得的干扰时距曲线与探地雷达实测剖面进行对比，从而在实测剖面上识别出干扰信号；
步骤4.选取处理时窗，设时窗的大小为                                               
Figure 2013102879220100001DEST_PATH_IMAGE002
，干扰信号的延续时间为L，则
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，干扰信号的延续时间，可以从探地雷达实测剖面中直接拾取；
步骤5.对干扰时距曲线进行离散化处理，用
Figure DEST_PATH_IMAGE006
来表示探地雷达实测剖面上位置的信号值，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE012
道探地雷达信号的位置坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为总道数，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE018
个时间采样点的时间坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为采样点数；将干扰时距曲线离散化为
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为步骤2干扰曲线计算所得的时间坐标；
步骤6.从实测剖面提取出包含干扰信号的数据，可得
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，为时间采样率，为处理时窗除以时间采样率所得的处理采样点数；
步骤7.计算干扰数据的标准值
Figure DEST_PATH_IMAGE032
Figure DEST_PATH_IMAGE034
步骤8.利用标准值进行干扰消除处理计算，得到替换数据，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
步骤9.将步骤6所提取的数据用干扰消除处理计算所得的替换数据替换。
CN201310287922.0A 2013-07-09 2013-07-09 探地雷达探测地面干扰快速消除方法 Expired - Fee Related CN103376443B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310287922.0A CN103376443B (zh) 2013-07-09 2013-07-09 探地雷达探测地面干扰快速消除方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310287922.0A CN103376443B (zh) 2013-07-09 2013-07-09 探地雷达探测地面干扰快速消除方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103376443A true CN103376443A (zh) 2013-10-30
CN103376443B CN103376443B (zh) 2015-02-25

Family

ID=49461844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310287922.0A Expired - Fee Related CN103376443B (zh) 2013-07-09 2013-07-09 探地雷达探测地面干扰快速消除方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103376443B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103913733A (zh) * 2014-04-14 2014-07-09 中国科学院电子学研究所 极地冰川厚度探测方法
CN109031431A (zh) * 2018-08-10 2018-12-18 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 一种针对探地雷达数据的数据处理方法及系统
CN109444970A (zh) * 2019-01-11 2019-03-08 中国科学院成都生物研究所 一种利用视觉感知控制的探地电磁波谱收发方法
CN113850999A (zh) * 2021-09-03 2021-12-28 杭州海康威视数字技术股份有限公司 车位检测装置和用于监控车位的具有雷达的摄像机装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102262242A (zh) * 2011-07-15 2011-11-30 中国石油天然气集团公司 地震勘探资料采集中精确定位干扰源位置的方法
CN102323623A (zh) * 2011-08-15 2012-01-18 浙江大学 考古调查中的探地雷达属性分析方法
CN102435866A (zh) * 2011-11-21 2012-05-02 浙江大学 探地雷达考古探测地面物体干扰快速识别方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102262242A (zh) * 2011-07-15 2011-11-30 中国石油天然气集团公司 地震勘探资料采集中精确定位干扰源位置的方法
CN102323623A (zh) * 2011-08-15 2012-01-18 浙江大学 考古调查中的探地雷达属性分析方法
CN102435866A (zh) * 2011-11-21 2012-05-02 浙江大学 探地雷达考古探测地面物体干扰快速识别方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
林金鑫: "综合地球物理考古方法的应用可行性研究", 《中国博士学位论文全文数据库 哲学与人文科学辑》 *
田钢 等: "探地雷达地面以上物体反射干扰特征模拟和分析", 《地球物理学报》 *
赵文轲 等: "探地雷达属性技术进展", 《地球物理学进展》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103913733A (zh) * 2014-04-14 2014-07-09 中国科学院电子学研究所 极地冰川厚度探测方法
CN109031431A (zh) * 2018-08-10 2018-12-18 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 一种针对探地雷达数据的数据处理方法及系统
CN109444970A (zh) * 2019-01-11 2019-03-08 中国科学院成都生物研究所 一种利用视觉感知控制的探地电磁波谱收发方法
CN109444970B (zh) * 2019-01-11 2020-06-16 中国科学院成都生物研究所 一种利用视觉感知控制的探地电磁波谱收发方法
CN113850999A (zh) * 2021-09-03 2021-12-28 杭州海康威视数字技术股份有限公司 车位检测装置和用于监控车位的具有雷达的摄像机装置
CN113850999B (zh) * 2021-09-03 2022-11-25 杭州海康威视数字技术股份有限公司 车位检测装置和用于监控车位的具有雷达的摄像机装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN103376443B (zh) 2015-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11630142B1 (en) Systems and methods for locating and/or mapping buried utilities using vehicle-mounted locating devices
Wang et al. Beijing Lightning Network (BLNET) and the observation on preliminary breakdown processes
US8633699B2 (en) Techniques for determining physical properties of underground structures using lightning
CN102095943B (zh) 雷电预警方法及装置
Boniger et al. Subsurface utility extraction and characterization: Combining GPR symmetry and polarization attributes
JP6567162B2 (ja) 地下物性探査システムおよびそれを用いた地下物性分析方法
CN103777247B (zh) 一种瞬变电磁雷达探测系统及探测方法
Longoni et al. Surface and subsurface non-invasive investigations to improve the characterization of a fractured rock mass
CN105022097B (zh) 一种土质边坡滑动面综合预报方法
CN104076404B (zh) 运用多通道相干抑制地磁背景噪声的磁异常探测方法
CN103376443A (zh) 探地雷达探测地面干扰快速消除方法
CN114910968A (zh) 正交源频率域地空电磁倾子散度探测与成像方法及系统
WO2019130181A1 (en) Real-time array-based seismic source location
CN105241428A (zh) 一种利用高光谱进行水深反演的方法
CN102662191A (zh) 面向地下空间开发的地下管线层析成像系统
Cui et al. Ice radar investigation at Dome A, East Antarctica: Ice thickness and subglacial topography
Chen et al. Properties of “site error” of lightning direction-finder (DF) and its modeling
JP2017181039A (ja) 落雷電流特性値の推定方法、推定装置、及び推定プログラム
CN103197356A (zh) 一种煤与瓦斯突出灾害前兆煤体破裂震源定位方法
JP5562237B2 (ja) 地球の表面におけるストーム活動をリアルタイムで監視する方法および装置
CN113075260B (zh) 一种路桥隧道病害雷达检测与多分量处理方法及系统
Costley et al. Frequency-wavenumber processing for infrasound distributed arrays
CN109188504A (zh) 一种地下管廊探测方法
CN102435866A (zh) 探地雷达考古探测地面物体干扰快速识别方法
CN114488346B (zh) 一种地下空间异常体探测方法、装置、设备及介质

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150225

Termination date: 20180709

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee