一种基于最小二乘克希霍夫偏移水工隧洞探地雷达数据成像方法与流程

技术特征：
1.一种基于最小二乘克希霍夫偏移水工隧洞探地雷达数据成像方法，其特征在于，包括如下步骤：s1)读入水工隧洞探地雷达数据，并对数据进行预处理；s2)进行速度谱分析，确定水工隧洞内部主要层结构的位置；s3)开展克希霍夫的水工隧洞探地雷达数据偏移处理；s4)加入最小二乘迭代进行数据偏移算法；s5)输出水工隧洞探地雷达数据成像结果。2.根据权利要求1所述的一种基于最小二乘克希霍夫偏移水工隧洞探地雷达数据成像方法，其特征在于：所述步骤s1)中数据预处理包括以下过程：(1)数据读取：根据标准存储格式读取各类商业探地雷达数据格式，并逐卷读取道集及位置信息；(2)数据拼接：将读取到的数据拼接成一组完整剖面数据；(3)道集调整：对得到的剖面数据根据连续同相轴进行道集调整；(4)道集择取：将调整后的道集进行筛选，选择数据质量好的道集；(5)时间差调整；(6)无用数据删除：将调整后的数据信噪比低的无用数据部分删除；(7)带通滤波：进行带通滤波，去除数据中的低频及高频噪声；(8)背景去除；(9)自动增益。3.根据权利要求2所述的一种基于最小二乘克希霍夫偏移水工隧洞探地雷达数据成像方法，其特征在于：所述步骤s2)中进行速度谱分析，确定水工隧洞内部主要层结构的位置是通过转换数据由共偏移距道集为中心点数据开展动校正，在水平迭代处理过程中开展速度谱分析，通过时频分析技术，计算出水工隧洞内部主要雷达信号反射层的位置。4.根据权利要求3所述的一种基于最小二乘克希霍夫偏移水工隧洞探地雷达数据成像方法，其特征在于：所述步骤s3)中进行克希霍夫的水工隧洞探地雷达数据偏移处理的主要流程如下：线性正演模拟箅子l
～
满足p＝l
～
m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(1)其中，p表示建模数据的矢量，m表示模型反射率模型矢量，克希霍夫偏移使用公式(1)中的正演模型箅子的转置：m
k
＝l
～t
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(2)将公式(1)带入公式(2)，可得m
k
＝l
～t
l
～
m
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(3)其中，l
～t
l
～
表示hessian矩阵，对应l
～t
l
～
l的积分箅子的显式形式表达公式为：k(x，x
′
)＝∫dsh
s
(s)a
sx
a
sx
′
×
∫drh
r
(r)a
xr
a
x
′
r
r(τ
sx
τ
xr-τ
sx
′-τ
x
′
r
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(4)其中，x和x
′
分别表示与m
k
和m相关的位置，τ
sx
表示从源s处到x处反射器的波传播时间，τ
xr
表示从反射器到r处接收器的波传播时间，a
sx
和a
xr
表示是振幅项，r表示时间(τ
sx
τ
xr-τ
sx
′-τ
x
′
r
)延迟的相关时间交叉系数，h
s
(s)和h
r
(r)分别表示源和接收器采样的函数。
5.根据权利要求4所述的一种基于最小二乘克希霍夫偏移水工隧洞探地雷达数据成像方法，其特征在于：所述l
～
t
～
的积分箅子的显式形式中主对角线的表达公式为：其中，k(x0，x0)表示公式(4)中在x0点的表达形式，a
sx
和a
xr
表示是振幅项，r(0)表示零时间延迟的相关时间交叉系数，h
s
(s)和h
r
(r)分别表示源和接收器采样的函数。6.根据权利要求5所述的一种基于最小二乘克希霍夫偏移水工隧洞探地雷达数据成像方法，其特征在于：所述步骤s4)中加入最小二乘迭代进行数据偏移算法，其中，克希霍夫偏移将在偏移中产生偏移畸变，并通过下列公式求解偏移畸变量m：p(m)＝||l
～
m-p0||2 ε2||c
～
m-c
～
m
apr
||2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(6)其中，||l
～
m-p0||2表示数据失配函数，ε2||c
～
m-c
～
m
apr
||2表示正则化项，ε2表示正则化权重，c
～
表示作用于m的线性箅子；最小化公式(6)的模型表达公式为：m＝(l
～t
l
～
ε2c
～t
c
～
)-1
(l
～t
p0 ε2c
～t
c
～
m
apr
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(7)求解公式(7)：(l
～t
l
～
ε2c
～t
c
～
)m＝l
～t
p0 ε2c
～t
c
～
m
apr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(8)最后采用共轭梯度方案求解关于m的公式(8)，求解的m即是最后的克希霍夫偏移成像输出结果。

技术总结
本发明涉及水工隧洞探地雷达工程技术领域，具体涉及一种基于最小二乘克希霍夫偏移水工隧洞探地雷达数据成像方法，包括如下步骤：(S1)读入水工隧洞探地雷达数据，并对数据进行预处理；(S2)进行速度谱分析，确定隧洞混凝土内部主要层结构的位置；(S3)开展克希霍夫的水工隧洞探地雷达数据偏移处理；S4)加入最小二乘迭代进行数据偏移算法；(S5)输出水工隧洞探地雷达数据成像结果，本发明偏移计算效率高，能够适合于水工隧洞探地雷达的数据观测系统，并且对输入的雷达数据没有特殊的要求，不依赖于速度模型，处理方式方便灵活，适合于目标成像，同时采用基于最小二乘迭代方式的克希霍夫偏移可以提高目标成像分辨率和振幅保真度。偏移可以提高目标成像分辨率和振幅保真度。偏移可以提高目标成像分辨率和振幅保真度。


技术研发人员：谭春 刘忠富 李润伟 袁滢韬 许德鑫 王艳龙 龙翔 徐新川 朱海波 王鹏
受保护的技术使用者：中水东北勘测设计研究有限责任公司
技术研发日：2022.07.01
技术公布日：2022/10/25