[发明专利]一种三维多源探地雷达设备及方法

说明书

本发明提供了一种三维多源探地雷达设备及方法，方法包括：针对多源探地雷达设置多组超级源，每组超级源包括多个独立场源随机编码序列，每一场源随机编码序列对应探地雷达的一激发天线，场源随机编码序列包括：场源位置随机编码、极性随机编码、振幅随机编码和相位随机编码；将场源随机编码序列输出至对应的激发天线，以使激发天线依据场源随机编码序列向地下介质发射高频电磁波脉冲，每组超级源对应一发射轮次；利用多通道接收天线，接收地下介质的反射回波；以各接收天线接收的多道、多偏移距反射回波信号作为多道、多偏移距反演过程的输入，进行反演成像，得到地下介质的介电参数和电导率参数的分布结果。可以提高数据采集效率和反演速度。

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，具体而言，涉及一种三维多源探地雷达设备及方法。

背景技术

探地雷达(GRP，Ground Penetrating Radar)通过激发天线向地下介质发射高频电磁波脉冲，高频电磁波脉冲在地下介质中传播时，遇到存在电性差异的分界面时发生反射，再利用接收天线接收来自地下介质的反射回波，根据反射回波的振幅相位等信息，对地下介质的电性结构进行成像，从而获取地下介质的结构、形态、及目标体深度等，广泛应用在工程领域中，例如，检测水泥浇筑是否有空洞，进行地下考古工作、地下污染物调查等。

目前的探地雷达，通常采用单激发天线和单接收天线的零偏移距模式，即通过固定位置点进行信号激发和接收，在该固定位置点采集完成后，再移动至下一位置点进行数据采集；或者，采用固定激发天线、移动接收天线的多次激发测量达到多偏移距采集；或者，采用单激发天线和多接收天线同时采集数据的方法。但上述的数据采集方法，由于激发天线需要依次发射高频电磁波脉冲，使得测量所需的时间较长，测量效率较低，难以满足对目标区域进行实时监测的任务，例如，对于工程实时监测、大坝裂缝渗流的信号测量，需要在短时间内完成大量数据采集和测量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供三维多源探地雷达设备及方法，以提高数据采集效率和反演速度。

第一方面，本发明实施例提供了三维多源探地雷达方法，包括：

针对多源探地雷达设置多组超级源，每组超级源包括多个独立场源随机编码序列，每一场源随机编码序列对应所述多源探地雷达的一激发天线，所述场源随机编码序列包括：场源位置随机编码、极性随机编码、振幅随机编码和相位随机编码；

将超级源包含的场源随机编码序列发送至对应的激发天线，以使激发天线依据接收的场源随机编码序列向地下介质发射高频电磁波脉冲，每组超级源对应一发射轮次；

利用多通道接收天线，接收地下介质对所述高频电磁波脉冲的反射回波信号；

以各接收天线接收的多道、多偏移距反射回波信号作为多道、多偏移距反演过程的输入，进行反演成像，得到地下介质的成像结果。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：

存储生成的场源随机编码序列以作为所述反演成像的场源参数。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述以各接收天线接收的多道、多偏移距反射回波信号作为多道、多偏移距反演过程的输入，进行反演成像，得到地下介质的成像结果，包括：

以各接收天线接收的多道、多偏移距反射回波信号作为多道、多偏移距反演模型的输入；

基于频率域中的正演电磁波场，利用线性化采样算子对正演电磁波场进行线性采样，得到合成数据，利用伴随状态方程，基于合成数据和观测数据计算伴随波场；

基于频率域中的正演电磁波场以及伴随波场，计算目标函数梯度；

基于所述目标函数梯度，利用有限存储的L-BFGS算法计算近似海瑟矩阵的逆；