CN103376443B - 探地雷达探测地面干扰快速消除方法 - Google Patents

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，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，用来表示探地雷达实测剖面上位置的信号值，其中为第道探地雷达信号的位置坐标，为总道数，为第个时间采样点的时间坐标，为采样点数。将干扰时距曲线离散化为，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，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

步骤8.利用标准值进行干扰消除处理计算，得到替换数据，

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，以探地雷达测线为轴，测线起点为原点，地面垂直测线的为轴，垂直向下为轴建立直角坐标系。接着设置相应的参数，包括电磁波在空中的传播速度，干扰波的初至时间为。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（）表达，其到原点的距离为；线源用过点（）且与非零矢量平行的直线表达；面源用方程，且不同时为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，以测线为轴，则可设两个天线的坐标分别为（）和（）。

如果干扰源为点源类型， 

                                    （1）

如果干扰源为线源类型， 

           （2）

式中：，，

。

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

               （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（）,接收天线坐标为（）。

如果干扰源为点源类型，

                          （4）

如果干扰源为线源类型， 

            （5）

式中：，，

。

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

                        （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轴，天线距为，且两天线的连线与轴夹角为，则可设发射天线坐标为（），接收天线坐标为（）。

如果干扰源为点源类型， 

      （7）

如果干扰源为线源类型， 

   （8）

式中：，，

,

，

 ，

。

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

     （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），用和来记录。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），用来记录。

           当采用宽角法测量时，根据式（1）可知只要在所圈定的范围内进行调查即可，上式以及下式（10）~（12）中为电磁波在空气中的速度，一般取0.3m/ns；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：

                                                 （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，圆的半径可由下式（11）计算：

                                              （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，可由下式（12）计算：

                                             （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，从而获得值；测量点源干扰源到地面的垂直距离，从而获得值。

           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（）和（），这就已获得线源6个参数中的，剩下的3个则可由下式（13）来获得：

                         (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（）、（）和（），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：

                                   （14）

根据平面方程的相关数学定理，上述方程组中可设，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，干扰信号的延续时间为L，则，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。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。然后计算干扰波标准值，计算式如下：

              （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：

        （16）

将原始数据中的用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TW，干扰信号的延续时间为L，则L≤TW≤1.5L，干扰信号的延续时间，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V(x_i,t_k),i＝1,2,3...n,k＝1,2,3...m来表示探地雷达实测剖面上(x_i,t_k)位置的信号值，其中x_i为第i道探地雷达信号的位置坐标，n为总道数，t_k为第k个时间采样点的时间坐标，m为采样点数；将干扰时距曲线离散化为(x_i,t_i)，t_i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V(x_i,t_i+j×dt)；j＝0,1,2....TW_n，dt为时间采样率，TW_n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V_b(j×dt)

$V_b(j\×\mathrm{dt})=(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}V(x_i,t_i+j\×\mathrm{dt})\×{t_i}^2)/n$

步骤8.利用标准值进行干扰消除处理计算，得到替换数据V_n(x_i,t_i+j×dt)，

V_n(x_i,t_i+j×dt)＝V(x_i,t_i+j×dt)-V_b(j×dt)/t_i ²

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。