非均匀介质中钻孔雷达数值模拟与成像算法研究

【摘要】摘要：钻孔地质雷达通过把雷达天线放在钻孔内对周围的地质结构进行探测,不仅具有常规地表地质雷达所有的优点,还可开展地质雷达透射成像探测。论文首先采用CPML边界条件对非均匀介质中钻孔雷达进行了数值模拟。在对非均匀介质中钻孔雷达正演计算公式进行推导的基础上,对CPML边界条件的吸收效果进行了验证；并对钻孔雷达的单孔反射和跨孔探测方式分别进行了数值模拟；通过根据实际数据进行均匀介质与非均匀介质的数值模拟对比分析,非均匀介质的钻孔雷达数值模拟更接近于实际数据。证明了论文数值模拟计算方法的有效性与优越性。针对钻孔雷达的天线是具有一定几何长度尺寸的实际情况,论文对钻孔雷达的天线进行了数值模拟和验证。对于钻孔雷达跨孔探测时的信号发射,可以根据激发的电压与某个参数的卷积得到天线中电流的分布,从而得到钻孔之间计算区域的电场；对于接收信号,可以根据接收天线处的电场与某个参数卷积得到该处天线电流强度,然后根据天线长度对其进行积分得到天线总电流的大小,与接收天线的负载电阻相乘即可得到该时刻接收到的电压大小。常用的旅行时提取方法在针对大收发角度数据进行提取时,因其低信噪比而显得较为艰难且不够准确。基于此,论文提出一种新的方法对旅行时提取方法进行改进。首先对数据进行归一化,并按角度对数据分类；然后对相同收发角度数据与该角度信噪比最大的数据进行互相关处理并叠加,从而得到该收发角度数据的参考波形；最后根据参考波形的初至波到达时间对该角度数据进行互相关处理得到每道数据的初至波旅行时。在对钻孔雷达天线进行数值模拟的基础上,论文对钻孔间均匀介质与非均匀介质的情况进行了电磁波初至波视速度的模拟计算。计算结果表明：在发射天线与接收天线距离较近,即收发角度较小时,视速度与电磁波在介质中传播的真实速度误差较小；随着收发角度的增大,视速度也在逐渐增大；当到达了一定的收发角度时视速度会达到一个顶峰,随后会慢慢随着收发角度的增大而逐渐减小,但是仍然会比电磁波在介质中传播的真实速度要大。据此,论文提出一个跨孔地质雷达电磁波传播路径假设,即钻孔雷达跨孔探测时的初至波的传播路径为；能量应是先从发射天线中心点传播至末端,再由接收天线末端传播至其中心。数值模拟计算和实际采集的数据的计算结果与验证了该假设路径。因此,在对跨孔雷达探测成像时,需要对其旅行时进行修正。通过数值模拟结果和对RAMAC雷达采集的实际数据进行分析处理的结果与普通层析成像法得出的层析成像图相对比,进行旅行时提取优化和修正之后得到的层析成像图更为精确、清晰,能显著提高异常体的分辨能力。图57幅,表1个,参考文献151篇。
【作者】彭凌星；
【导师】朱自强；
【作者基本信息】中南大学，地质资源与地质工程，2014，博士
【关键词】钻孔地质雷达；数值模拟；旅行时；层析成像；

【参考文献】
[1]崔杰,党耀国,刘思峰.基于矩阵条件数的NGM(1,1,k)模型病态性研究[J].控制与决策,2010,07:1050-1054.
[2]伍家军.京东商城客户竞争战略研究[D].华侨大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[3]黄永文.Web整合系统的分析与研究[J].图书情报工作,2005,10:11-14+19.
[4]郭莉.母语为英语的留学生汉语时间副词习得研究[D].西安外国语大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[5]邹照望.供应链金融中客户满意度之测评研究[D].浙江大学,应用经济学,2013,硕士.
[6]夏则芳,张忠能,凌君逸.基于数据仓库的供应链决策支持系统[J].计算机工程,2004,S1:360-362.
[7]刘晶晶.权变理论视角下的社会组织生存策略研究[D].南京大学,社会学,2013,硕士.
[8]侯文晶.DC-DC开关变换器建模方法的研究与仿真分析[D].哈尔滨工业大学,电气工程,2013,硕士.
[9]张晓娇.超声振动和电场辅助作用下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊及接头时效特性[D].河南科技大学,材料加工工程,2014,硕士.
[10]曹乐艳.我国科普政策问题研究[D].长安大学,行政管理,2013,硕士.
[11]苏凯凯,徐文胜,李建勇.云制造环境下基于双层规划的资源优化配置方法[J].计算机集成制造系统.
[12]李晓丽,杜振龙,李明,余冬梅.基于Bayes概率的用户兴趣发现[J].计算机工程与科学,2003,05:17-19+26.
[13]杨树仁.船舶航迹控制算法的研究与仿真[D].吉林大学,电路与系统,2014,硕士.
[14]刘善增,余跃庆,佀国宁,杨建新,苏丽颖.3自由度并联机器人的运动学与动力学分析[J].机械工程学报,2009,08:11-17.
[15]张彤.崇明东滩景观格局与变化研究[D].华东师范大学,生态学,2004,硕士.
[16]李智鹏.国产芳纶Ⅲ/聚三唑树脂复合材料的制备及界面研究[D].华东理工大学,材料科学与工程,2014,硕士.
[17]谢惠藩,张尧,夏成军,钟庆,武志刚,林凌雪.负荷特性对特高压紧急直流功率支援的影响[J].电力系统自动化,2008,06:41-45+90.
[18]陈建武.复方血竭合剂防治糖尿病肾病小鼠肾纤维化作用及机制研究[D].华中科技大学,中西医结合临床,2013,硕士.
[19]朱凌琳.基于供应链管理的NG公司备件采购管理研究[D].浙江工业大学,2013.
[20]杜丹丹.我国大型商业银行盈利能力及影响因素研究[D].吉林大学,金融,2013,硕士.
[21]张萌.我国城市住宅投资吸引力评价研究[D].重庆大学,技术经济及管理,2014,硕士.
[22]宋喆.中国特色社会主义“三个自信”研究[D].吉林大学,科学社会主义与国际共产主义运动,2014,硕士.
[23]刘军.初中生数学课堂学习评价的研究[D].鲁东大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[24]杨红才.淄博市中学生排球课余训练参与动机研究[D].淮北师范大学,体育教育训练学,2012,硕士.
[25]韩哲.纱布填塞在骨盆骨折大出血中的应用[D].山东大学,外科学,2013,硕士.
[26]郝捷.FF公司市场营销策略分析[D].厦门大学,工商管理,2014,硕士.
[27]白鸽.白—视觉概念设计[D].安徽大学,艺术学,2014,硕士.
[28]韩永安.墨子义利观研究[D].湖南科技大学,马克思主义哲学,2013,硕士.
[29]李晗静.基于自然语言处理的空间概念建模研究[D].哈尔滨工业大学,2007.
[30]张丽华.论我国中小企业信用治理[D].中国海洋大学,2005.
[31]黄筱淳.Zr_2Si与Zr_(1-x)Nb_x电子及弹性性质的第一性原理研究[D].燕山大学,材料学,2013,硕士.
[32]潘丰.国办养老机构运营现状及发展对策研究[D].西南交通大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[33]李娟.高校体育教学中多媒体网络教学平台的推广分析[J].电子测试,2014,20:73-74+43.
[34]王继伟.极化码编码与译码算法研究[D].哈尔滨工业大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[35]商允舜.CNC数控系统加减速控制方法研究与实现[D].浙江大学,2006.
[36]伊娜.吉林省科技基础资源评价研究[D].吉林大学,技术经济及管理,2013,硕士.
[37]赵华.客运专线列车运行网络配流方法研究[D].西南交通大学,交通运输规划与管理,2014,硕士.
[38]陈润.大功率LED及圆片级封装产品可靠性研究[D].华中科技大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[39]马磊.中日社会体育基本法律制度的比较研究[D].河北师范大学,体育人文社会学,2014,硕士.
[40]郝晶晶,朱建军,刘思峰.基于双重语言信息联动的多阶段决策模型[J].控制与决策,2014,01:99-106.
[41]詹天荣.微纳光子结构的光学性质及应用研究[D].复旦大学,凝聚态物理,2012,博士.
[42]于忠翰.基于SAP2000的大型结构可靠度分析[D].大连理工大学,结构工程,2013,硕士.
[43]黄艳花.脐橙果实发育过程中抗坏血酸含量及相关酶活性的研究[D].西南大学,果树学,2014,硕士.
[44]吴超.电力系统模型类噪声闭环辨识方法[J].电力系统自动化,2013,07:31-35.
[45]米霞.XBRL与注册会计师行业的互动研究[D].山东财经大学,会计学,2014,硕士.
[46]吴锐.自然场景中文本识别技术研究及实现[D].哈尔滨工业大学,2010.
[47]孙冬晓.基于液质联用技术的金钱草与广金钱草化学成分比较及广金钱草的药动学和排泄动力学研究[D].河北医科大学,药物分析学,2013,硕士.
[48]吴利民.USB2.0外围控制芯片的设计及其应用[D].西安理工大学,微电子学与固体电子学,2004,硕士.
[49]柏明娜.日粮不同蛋白质水平对AA~+肉鸡生长性能、氮代谢及回肠CAT1mRNA表达量的影响[D].吉林大学,动物营养与饲料科学,2014,硕士.
[50]袁银.《创造之母：美国内战南部蓄奴州妇女》翻译报告[D].重庆大学,翻译（专业学位）,2014,硕士.