CN108387893A - 一种探地雷达电磁波传播速度的提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种探地雷达电磁波传播速度的提取方法，涉及雷达探测技术领域。该方法包括：对CMP波谱影像进行预处理，获得预处理图像；将预处理图像导入ArcGIS软件，以横坐标x轴作为天线间隔距离，以纵坐标y轴作为电磁波双程走时，在x轴和y轴上各取两点作为参照点，输入正确坐标，完成影像配准；在每条反射波信号中选择邻近测量起点的清晰、连续及顺直的一段反射波形并沿反射面划斜线段进行标定；在ArcGIS软件中，计算斜线段两端点的坐标，导出端点坐标属性表；使用Excel软件打开坐标属性表，通过两端点坐标计算出斜线斜率，即电磁波的传播速度。本发明方法适用于浅层土壤高频探地雷达反射波传播速度的准确提取。

Description

一种探地雷达电磁波传播速度的提取方法
技术领域
本发明涉及雷达探测技术领域，尤其涉及一种探地雷达电磁波传播速度的提取方法。
背景技术
探地雷达探测技术的共中心点法(Common Midpoint，简称CMP)优点在于可以获得同一地点不同深度的电磁波传播速度的变化，进而获得不同深度的介电常数和反演目标参量，该方法是探地雷达常用的测量方法。由于该方法的基础工作是电磁波传播速度的提取，而目前较好的方法是利用单翼双曲线对实际数据进行拟合，利用平均振幅能量准则及平均振幅准则提取出叠加速度。
上述单翼双曲线拟合地层反射波适用于地层信号清晰连续的情况，但是浅层土壤由于受到作物根系生长和地表耕作的影响，土层松散且不完全连续，高频探地雷达的信号衰减速度快，CMP分层反射波形态偏直且常有间断，不能形成较好的单翼双曲线形态，因此难以根据常规方法准确提取电磁波传播速度。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种探地雷达电磁波传播速度的提取方法，主要目的是解决常规技术无法准确获取探地雷达反射波传播速度的问题。
为达到上述目的，本发明主要提供了如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种探地雷达电磁波传播速度的提取方法，所述方法包括以下步骤：
对CMP波谱影像进行预处理，获得预处理图像；
将所述预处理图像导入ArcGIS软件中，以横坐标x轴作为天线间隔距离，以纵坐标y轴作为电磁波双程走时，在x轴和y轴上各取两点作为参照点，输入正确的(x，y)坐标，完成影像配准；
在每条反射波信号中选择邻近测量起点的清晰、连续及顺直的一段反射波形并沿反射面划斜线段进行标定；
在ArcGIS软件中，将斜线段转换为点，计算两端点的坐标，导出端点坐标属性表；
使用Excel软件打开坐标属性表，通过两端点坐标计算出斜线斜率，所述斜率即为电磁波的传播速度。
作为优选，所述预处理包括偏移校正、增益及滤波，所述预处理图像的格式为JPEG或TIFF。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明方法将探地雷达影像处理软件与ArcGIS软件相结合，适用于浅层土壤高频探地雷达反射波信号的标定和信息提取，上述方法提高了信号反演的准确度，提高了土壤浅层反射波信号提取的可行性和准确性。
附图说明
图1A是本发明例1预处理后探地雷达波谱影像图；
图1B是本发明例2预处理后探地雷达波谱影像图；
图2A是本发明对比例1(常规方法)探地雷达信号标定图；
图2B是本发明对比例2(常规方法)探地雷达信号标定图；
图3A是本发明实施例1(本发明方法)探地雷达信号标定图；
图3B是本发明实施例2(本发明方法)探地雷达信号标定图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下以较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、技术方案、特征及其功效，详细说明如后。下述说明中的多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
实施例1
一种探地雷达电磁波传播速度的提取方法，包括以下步骤：
(1)在探地雷达影像处理软件中，完成CMP波谱影像预处理工作，包括偏移校正、增益与滤波等，最后保存成JPEG、TIFF等图像格式；
(2)将预处理后的影像导入ArcGIS中，横坐标x轴代表天线间隔距离(m)，纵坐标y轴代表电磁波双程走时(ns)，在x轴和y轴上各取两点作为参照点，输入正确的(x,y)坐标，完成影像配准；
(3)在每条反射波信号中寻找邻近测量起点的清晰、连续、顺直的一段反射波形，并沿反射面划斜线段进行标定；
(4)利用ArcGIS进行线化数据的坐标采集。先将斜线段转换为点(featurevertices to point)，然后计算两端点的坐标(add xy coordinates)，最后导出端点坐标属性表(export table to text)；
(5)使用Excel软件打开坐标属性表，通过两端点坐标计算线段斜率，即电磁波的传播速度。本实施例1选择同一研究点的两个反射层(30-60cm，60-90cm)作为具体研究对象，测量结果如表1所示，测量图如图3A所示。
实施例2
本实施例2与实施例1的不同之处在于，选择另一研究点的两个反射层(30-60cm，60-90cm)作为具体研究对象，测量结果如表1所示，测量图如图3B所示。
预处理后的探地雷达波谱影像如图1A和图1B所示，空气波和地面波信号的特征明显，使用常规方法和本发明方法都可准确标出，但反射波信号的提取难以利用常规方法实现。
对比例1
本对比例1与实施例1不同之处在于，采用常规方法测量电磁波传播速度：常规方法更适用于中低频探地雷达的波谱信息处理，该类雷达探测深度较大，地层反射波在测量界面上呈现出较好的单翼双曲线形态，易于得到分层的叠加速度。但是，如图2A所示，高频探地雷达探测深度浅(0-2m)，不同介电特性的土壤分层反射波在测量界面上无法呈现出较好的单翼双曲线形态，同时，随着天线间距的加大，或者受耕作等条件的影响，探地雷达信号衰减强烈，反射波信号间断不连续；因此，利用常规方法难以提取反射波信号，单翼双曲线与反射界面拟合不密切，叠加速度提取结果误差较大。
对比例2
本对比例2与实施例2不同之处在于，采用常规方法测量电磁波传播速度，测量结果见表1，测量图如图2B所示。
本发明实施方法：如图3A和图3B所示，反射波信号提取需要从测量起点处寻找清晰、连续、顺直的一段反射波形作为典型的反射波形，并进行标定；进而利用ArcGIS的空间分析功能进行线与点要素数据的转换，完成线段坐标数据的采集；最后，通过线段斜率得到反射界面以上土层的平均速度。本发明方法与常规方法相比较，易于实现，减小了电磁波传播速度的提取误差。
表1.常规方法和本发明方法提取结果对比
本领域使用常规方法提取的电磁波速度数值偏小，准确度较低，进而影响分层速度的换算和反演结果的准确性。如表1所示，常规方法提取的下层速度多数值偏小，电磁波传播时间与探测深度明显不一致，无法换算分层速度和其他反演参数；而使用本发明新方法，提取代表性的反射波谱，顺利提取电磁波速度，并完成分层速度和其他反演参数的换算，根据Alharathi公式反演得到的土壤体积含水量准确度可达80％。
本发明实施例中未尽之处，本领域技术人员均可从现有技术中选用。
以上公开的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以上述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种探地雷达电磁波传播速度的提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
对CMP波谱影像进行预处理，获得预处理图像；
将所述预处理图像导入ArcGIS软件中，以横坐标x轴作为天线间隔距离，以纵坐标y轴作为电磁波双程走时，在x轴和y轴上各取两点作为参照点，输入正确的(x，y)坐标，完成影像配准；
在每条反射波信号中选择邻近测量起点的清晰、连续及顺直的一段反射波形并沿反射面划斜线段进行标定；
在ArcGIS软件中，将所述斜线段转换为点，计算两端点的坐标，导出端点坐标属性表；
使用Excel软件打开坐标属性表，通过两端点坐标计算出斜线斜率，所述斜率即为电磁波的传播速度。
2.如权利要求1所述一种探地雷达电磁波传播速度的提取方法，其特征在于，所述预处理包括偏移校正、增益及滤波，所述预处理图像的格式为JPEG或TIFF。
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