科研人員開發出基於迭代偏移/反偏移的探地雷達地表繞射波分離方法

2021-02-23 中科院之聲

探地雷達因其無損探測的特性被廣泛應用，然而，無遮蔽雷達天線激發的電磁波可以在空氣中傳播，當遇到地面異常體（如樹木和石塊）時將產生繞射回波（圖1），對地下反射波和繞射波造成幹擾，應設法壓制。現有的地表繞射波分離方法效果不佳，對有效信號損傷較為明顯。 

中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理院重點實驗室的博士生李超與導師、研究員張金海等，開發出一種基於迭代Stolt偏移/反偏移的地表繞射波分離方法。科研人員利用真空中的光速開展Stolt聚焦偏移以識別繞射波，對識別出的偏移域繞射波頂點進行反偏移，從而生成未偏移域的窗函數，並對輸入的探地雷達數據進行分割，形成以該繞射波為主體的數據體（圖2c），剩餘的數據體（圖2b）則以地下反射波和繞射波為主。利用真空中的光速對窗內的數據進行Stolt偏移，從而使地表繞射波聚焦在偏移域中的局部區域，而免受窗外信號對其形成幹擾（圖2d）。相比之下，原本被地表繞射波所掩蓋的有效信號（即窗口內的有效信號）經過偏移後會被拉伸，從而與聚焦的地表繞射波進一步分離，只有極小部分仍被覆蓋（圖2d）。此時，在偏移域利用新的窗函數再一次分離地表繞射波和有效信號，並且分別對二者進行反偏移，可得到第一次迭代恢復的有效信號（圖2h）和地表繞射波（圖2g）。分離出的地表繞射波中仍殘存微弱的地下有效信號（圖2g），將其作為下一輪迭代的輸入數據，但採用亞光速和超光速進行完全一致的二次乃至三次分離，就可以進一步分選出更多殘存的地下有效信號（圖3）。探地雷達野外數據測試結果表明（圖4）：新方法能夠有效去除地表繞射波，且幾乎不損傷地下的反射波和繞射波。該方法對裸露天線探地雷達的數據處理和地下結構成像具有重要意義，並對地外天體雷達探測具有實際意義。 

相關研究成果以Eliminating above-surface diffractions from ground-penetrating radar data using iterative Stolt migration為題，發表在Geophysics上。 

 

圖1.探地雷達觀測系統與地表繞射波示意圖

圖2.基於光速的聚焦偏移及地表繞射波分離過程及結果

圖3.基於多速度迭代偏移的地表繞射波分離過程及結果

圖4.實際數據地表繞射波分離結果（左側為孤立地表繞射波，右側為重疊地表繞射波）

來源：中國科學院地質與地球物理研究所

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