CN113238199B - 一种计算介电常数的方法、装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种计算介电常数的方法，包括：获取待计算介电常数的物质的雷达数据，并对其进行预处理；根据预处理后的雷达数据绘制雷达剖面图，并从其上的双曲线上选取若干点，获取被选取点的坐标值；对被选取点进行拟合，得到双曲线函数；获取双曲线函数的顶点的坐标值；获取计算介电常数的方程组，将双曲线函数的顶点的坐标值以及被选取点的坐标值带入方程组，计算得到与其对应的介电常数；剔除上述获得的介电常数中的不符合第一预设条件的介电常数，计算剔除后剩余的所有介电常数的平均值，得到待计算物质的介电常数。本公开的方法充分考虑了天线高度和天线距离的影响，通过解方程组获得介电常数，便于后期偏移处理及损耗角正切与密度的计算。

Description

一种计算介电常数的方法、装置、电子设备和存储介质

技术领域

本公开涉及一种利用雷达剖面双曲线计算介电常数的方法、装置、电子设备和存储介质。

背景技术

表层穿透雷达被广泛应用于地球及行星探测，可以获得次表层结构，反演介电常数。当存在介电常数异常时，会产生反射信号，其同相轴会形成双曲线。传统的介电常数估计方法利用双曲线拟合的方法计算介电常数。其采用了简化的模型，忽略了天线高度和天线间距。这种方法对于贴地测量的数据处理是有效的。但是在特殊情况下，为了避障等目的，需要将天线悬空，此时在估算介电常数时，需要考虑天线高度的影响。为了提高介电常数估计的准确性，有必要建立新的模型，考虑天线高度及天线距离的影响。

公开内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的上述缺陷，本公开地主要目的在于提供了一种利用雷达剖面双曲线计算介电常数的方法、装置、电子设备和存储介质，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

(二)技术方案

为了实现上述目的，根据本公开的一个方面，提供了一种计算介电常数的方法，该方法包括：

获取待计算介电常数的物质的雷达数据，对上述雷达数据进行预处理；

根据预处理后的雷达数据绘制雷达剖面图，从上述雷达剖面图上的双曲线上选取若干点，获取被选取点的坐标值；

对上述被选取点进行拟合，得到双曲线函数；

获取上述双曲线函数的顶点的坐标值；

获取计算上述介电常数的方程组，将上述双曲线函数的顶点的坐标值以及上述被选取点的坐标值一一带入上述方程组，计算得到与上述双曲线函数的顶点以及上述被选取点一一对应的介电常数；

剔除上述与上述双曲线函数的顶点以及上述被选取点一一对应的介电常数中不符合第一预设条件的介电常数，计算剔除不符合第一预设条件的介电常数后剩余的所有介电常数的平均值，得到平均介电常数，上述平均介电常数为上述待计算介电常数的物质的介电常数。

另一方面，本公开提供了一种计算介电常数的装置，该装置包括：

预处理模块，获取待计算介电常数的物质的雷达数据，对上述雷达数据进行预处理；

根据预处理后的雷达数据绘制雷达剖面图，从上述雷达剖面图上的双曲线上选取若干点，获取被选取点的坐标值；

拟合模块，对上述被选取点进行拟合，得到双曲线函数；

获取上述双曲线函数的顶点的坐标值；

计算模块，获取计算上述介电常数的方程组，将上述双曲线函数的顶点的坐标值以及上述被选取点的坐标值一一带入上述方程组，计算得到与上述双曲线函数的顶点以及上述被选取点一一对应的介电常数；

剔除上述与上述双曲线函数的顶点以及上述被选取点一一对应的介电常数中不符合第一预设条件的介电常数，计算剔除不符合第一预设条件的介电常数后剩余的所有介电常数的平均值，得到平均介电常数，上述平均介电常数为上述待计算介电常数的物质的介电常数。

优选地，该装置还包括：去除模块，去除上述被选取点中离上述双曲线函数的顶点最近的被选取点；

计算被选取点的回波延时与双曲线函数的顶点的回波延时的差值，将差值不满足第二预设条件的被选取点去除。

另一方面，本公开提供了一种电子设备，该设备包括：

通信器，用于与服务器通信；

处理器；

存储器，其存储有计算机可执行程序，该程序在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述的计算介电常数的方法。

另一方面，本公开提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的计算介电常数的方法。

(三)有益效果

本公开计算介电常数的方法考虑了天线高度和天线间距的影响，有利于提高介电常数的反演准确性，为后续的基于介电常数的地质解译提供了更为科学有效的数据支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本公开一实施例提供的利用雷达剖面双曲线计算介电常数的方法的流程示意图；

图2为本公开一实施例提供的利用gprMax软件模拟不同处理方法的雷达剖面图双曲线；

图3为本公开一实施例提供的雷达剖面图中挑选的双曲线。

图4为本公开一实施例提供的对被选取点进行拟合得到双曲线函数的方法的流程示意图；

图5为本公开一实施例提供的考虑了天线高度和天线间距的电磁波传播路径示意图；

图6为本公开一实施例提供的与传统的双曲线拟合方法(不考虑天线高度和天线间距)计算结果的对比；

图7为本公开一实施例提供的利用雷达剖面双曲线计算介电常数的装置的示意图；

图8示意性示出了一种电子设备的硬件结构图。

具体实施方式

为使本公开的目的、特征、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开的保护范围。

图1为本公开一实施例提供的利用雷达剖面双曲线计算介电常数方法的流程图。如图1所示，该方法包括：

S101、获取待计算介电常数的物质的雷达数据，对上述雷达数据进行预处理；

在本公开一实施例中，对雷达数据进行预处理，预处理包括：数据编辑、去直流(Dewow)、去背景、带通滤波、增益。数据编辑主要实现剔除巡视器停止时测量的冗余数据，将巡视器行走探测时的数据拼接在一起。去直流为高通滤波过程。去背景主要消除水平分布的直耦波信号。带通滤波采用汉宁窗。增益采用SEC增益，SEC增益函数为利用增益函数对能量的衰减进行信号幅度的修正，其中能量的衰减包括几何传播效应引起的损耗和介质的衰减损耗(dB/m)两部分，通过SEC增益可以显著突出有效信号，有利于双曲线识别。

图2为本公开一实施例提供的利用gprMax软件模拟不同处理方法的雷达剖面图双曲线，如图2所示，本公开的方法可以显著提高剖面双曲线法计算介电常数的准确度。

图3为本公开一实施例提供经过处理后的部分雷达剖面图，如图3所示，可以看到明显的双曲线。

S102、根据预处理后的雷达数据绘制雷达剖面图，从雷达剖面图上的双曲线上选取若干点，获取被选取点的坐标值。

获取上述被选取点的水平投影距离与回波延时。根据本公开实施例，利用预处理后的数据，绘制雷达剖面图，在雷达剖面图中的双曲线上选取若干个点，获得被选取的各个点的坐标值，被选取点的坐标值就是被选取点的水平投影距离以及回波延时。

S103、对上述被选取点进行拟合，得到双曲线函数。

图4为本公开一实施例提供的对被选取点进行拟合得到双曲线函数的方法的流程示意图，如图4所示，该方法包括：

S401、去除被选取点中距离双曲线函数的顶点最近的被选取点；

S402、计算被选取点的回波延时与双曲线函数的顶点的回波延时的差值，将差值不满足第二预设条件的被选取点去除；

在本公开一实施例中，第二预设条件为大于或等于2纳秒，即去除回波延时与双曲线函数顶点的回波延时的差值小于2纳秒的被选取点。

S403、对经过上述筛选步骤后剩余的被选取点进行拟合，得到双曲线函数。

根据本公开实施例，双曲线函数为

y²＝a(x-x₀)²+b

其中，x₀为双曲线函数的顶点对应的水平投影距离，

为双曲线函数的顶点对应的回波延时，y为回波延时，a和b为待定系数。

S104、获得双曲线函数的顶点的坐标值。

S105、获取计算介电常数的方程组，将双曲线函数的顶点的坐标值以及被选取点的坐标值一一带入方程组，计算得到与双曲线函数的顶点以及被选取点一一对应的介电常数。

图5为本公开一实施例提供的考虑天线高度和天线间距的电磁波传播路径示意图。根据本公开实施例，雷达包括接收天线和发射天线，接收天线和发射天线的高度相同。根据如图5所示的考虑天线高度和天线间距的电磁波传播路径示意图，获得计算介电常数的方程组，在本实施例中方程组如下：

其中，L为接收天线和发射天线之间的距离，h为接收天线或发射天线的高度，H为目标物深度，x₀为双曲线顶点对应的水平投影距离，θ为接收天线或发射天线的中间点与双曲线函数的顶点的水平投影距离相同时对应的折射角，x₁为下行波与地面的交点的水平距离，x₂为上行波与地面的交点的水平距离，x为接收天线或发射天线的中点的水平投影距离，ε为待测物质的介电常数。

S106、剔除与双曲线函数的顶点以及被选取点一一对应的介电常数中不符合第一预设条件的介电常数，计算剔除不符合第一预设条件的介电常数后剩余的所有介电常数的平均值，得到平均介电常数，平均介电常数为上述待计算介电常数的物质的介电常数。

图6为本公开一实施例提供的与传统方法(不考虑天线高度和天线间距)计算结果的对比。如图6所示，本公开的方法的计算结果与传统方法的计算结果相比，误差更小，并且随着深度增大，误差逐渐减小。

在本公开一实施例中，首先对雷达数据进行预处理，提高信噪比，根据预处理后的数据绘制雷达剖面图，在雷达剖面图中的双曲线上选点，获得每个被选取点的水平投影距离和回波延时，利用双曲线函数拟合，获得双曲线函数的顶点的水平投影距离和回波延时，计算出每个被选取点对应的介电常数，剔除不符合第一预设条件的介电常数后，计算剩余的介电常数的平均值，得到平均介电常数，平均介电常数为待计算介电常数的物质的介电常数。

本领域技术人员可以理解，本公开在上述实施例中可以利用雷达数据计算介电常数，也可以应用于天线悬空测量的雷达。

图7为本公开一实施例提供的计算介电常数的装置的结构示意图，如图7所示，该装置包括：预处理模块701，拟合模块702和计算模块703。

预处理模块701，获取待计算介电常数的物质的雷达数据，对雷达数据进行预处理；

根据预处理后的雷达数据绘制雷达剖面图，从雷达剖面图上的双曲线上选取若干点，获取被选取点的坐标值；

拟合模块702，对被选取点进行拟合，得到双曲线函数；

获取双曲线函数的顶点的坐标值；

计算模块703，获取计算介电常数的方程组，将双曲线函数的顶点的坐标值以及被选取点的坐标值一一带入方程组，计算得到与双曲线函数的顶点以及被选取点一一对应的介电常数；

剔除上述与双曲线函数的顶点以及被选取点一一对应的介电常数中不符合第一预设条件的介电常数，计算剔除不符合第一预设条件的介电常数后剩余的所有介电常数的平均值，得到的平均介电常数即为上述待计算介电常数的物质的介电常数。

该计算介电常数的装置还包括：

去除模块，去除被选取点中离双曲线函数的顶点最近的被选取点；

计算被选取点的回波延时与双曲线函数的顶点的回波延时的差值，将差值不满足第二预设条件的被选取点去除。

获取模块，获取被选取点的水平投影距离与回波延时。

函数模块，上述双曲线函数为

y²＝a(x-x₀)²+b

其中，x₀为双曲线函数的顶点对应的水平投影距离，

为双曲线函数的顶点对应的回波延时，y为回波延时，a和b为待定系数。

本公开还提供了一种电子设备800，该设备包括：

通信器810，用于与服务器通信；

处理器820；

存储器830，其存储有计算机可执行程序，该程序包含如上文上述的计算介电常数的方法。

图8示意性示出了根据本公开实施例的电子设备框图，如图8所示，该电子设备800包括：通信器810、处理器820和存储器830。该电子设备800可以执行根据本公开实施例的方法。

具体地，处理器820例如可以包括通用微处理器、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))，等等。处理器820还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器820可以是用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。

存储器830，例如可以是能够包含、存储、传送、传播或传输指令的任意介质。例如，可读存储介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置、器件或传播介质。可读存储介质的具体示例包括：磁存储装置，如磁带或硬盘(HDD)；光存储装置，如光盘(CD-ROM)；存储器，如随机存取存储器(RAM)或闪存；和/或有线/无线通信链路。其存储有计算机可执行程序，该程序在被该处理器执行时，使得该处理器执行如上文所述的计算介电常数的方法。

本公开还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序包含如上文所述的计算介电常数的方法。该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的装置/设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该装置/设备中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。

根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、有线、光缆、射频信号等等，或者上述的任意合适的组合。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种计算介电常数的方法，其特征在于，包括：

获取待计算介电常数的物质的雷达数据，对所述雷达数据进行预处理；

根据预处理后的雷达数据绘制雷达剖面图，从所述雷达剖面图上的双曲线上选取若干点，获取被选取点的坐标值；

对所述被选取点进行拟合，得到双曲线函数；

获取所述双曲线函数的顶点的坐标值；

获取计算所述介电常数的方程组，将所述双曲线函数的顶点的坐标值以及所述被选取点的坐标值一一带入所述方程组，计算得到与所述双曲线函数的顶点以及所述被选取点一一对应的介电常数；

剔除所述与所述双曲线函数的顶点以及所述被选取点一一对应的介电常数中的不符合第一预设条件的介电常数，计算剔除不符合第一预设条件的介电常数后剩余的所有介电常数的平均值，得到平均介电常数，所述平均介电常数为所述待计算介电常数的物质的介电常数；

在获取计算所述介电常数的方程组之前，所述方法还包括：去除所述被选取点中距离所述双曲线函数的顶点最近的被选取点；

在获取计算所述介电常数的方程组之前，所述方法还包括：计算所述被选取点的回波延时与所述双曲线函数的顶点的回波延时的差值，将所述差值不满足第二预设条件的被选取点去除。

2.根据权利要求1所述的计算介电常数的方法，其特征在于，所述获取被选取点的坐标值，具体包括：获取所述被选取点的水平投影距离与回波延时。

3.根据权利要求1所述的计算介电常数的方法，其特征在于，

所述双曲线函数为y²＝a(x-x₀)²+b

其中，x₀为所述双曲线函数的顶点对应的水平投影距离，

为所述双曲线函数的顶点对应的回波延时，y为回波延时，a和b为待定系数。

4.一种计算介电常数的装置，其特征在于，包括：

预处理模块，获取待计算介电常数的物质的雷达数据，对所述雷达数据进行预处理；

根据预处理后的雷达数据绘制雷达剖面图，从所述雷达剖面图上的双曲线上选取若干点，获取被选取点的坐标值；

拟合模块，对所述被选取点进行拟合，得到双曲线函数；

获取所述双曲线函数的顶点的坐标值；

计算模块，获取计算所述介电常数的方程组，将所述双曲线函数的顶点的坐标值以及所述被选取点的坐标值一一带入所述方程组，计算得到与所述双曲线函数的顶点以及所述被选取点一一对应的介电常数；

剔除所述与所述双曲线函数的顶点以及所述被选取点一一对应的介电常数中不符合第一预设条件的介电常数，计算剔除不符合第一预设条件的介电常数后剩余的所有介电常数的平均值，得到的平均介电常数，所述平均介电常数为所述待计算介电常数的物质的介电常数；

去除模块，去除所述被选取点中离所述双曲线函数的顶点最近的被选取点，计算所述被选取点的回波延时与所述双曲线函数的顶点的回波延时的差值，将所述差值不满足第二预设条件的被选取点去除。

5.一种电子设备，其特征在于，包括：

通信器，用于与服务器通信；

处理器；

存储器，其存储有计算机可执行程序，该程序在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-3中任一项所述的计算介电常数的方法。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-3中任一项所述的计算介电常数的方法。

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