新型-探地雷達數(shù)據(jù)采集以及解釋

1、新型-探地雷達數(shù)據(jù)采集以及 解釋探地雷達數(shù)據(jù)采集以及解釋山東大學巖土中心第1章.探地雷達簡介1. 1工作基本原理探地雷達(Ground Penetrating Radar ,簡稱 GPR)是利用頻率介于106109Hz的無線電波來 確定地下介質(zhì)的一種地球物理探測儀器。隨著微 電子技術(shù)和信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展，探地雷達 技術(shù)被廣泛應用于工程地質(zhì)勘察、建筑結(jié)構(gòu)調(diào) 查、公路工程質(zhì)量檢測、地下管線探測等眾多領(lǐng) 域。探地雷達的基本原理如圖1所示。發(fā)射天線將高頻短脈沖電磁波定向送入地下，電磁波在傳 播過程中遇到存在電性差異的地層或目標體就 會發(fā)生反射和透射，接收天線收到反射波信號并 將其數(shù)字化，然后由電腦

2、以反射波波形的形式記 錄下來。對所采集的數(shù)據(jù)進行相應的處理后，可 根據(jù)反射波的旅行時間、幅度和波形，判斷地下 目標體的空間位置、結(jié)構(gòu)及其分布。探地雷達是 在對反射波形特性分析的基礎上來判斷地下目 標體的，所以其探測效果主要取決于地下目標體 與周圍介質(zhì)的電性差異、電磁波的衰減程度、目 標體的埋深以及外部干擾的強弱等。 其中，目標 體與介質(zhì)間的電性差異越大，二者的界面就越清 晰，表現(xiàn)在雷達剖面圖上就是同相軸不連續(xù)?？?以說，目標體與周圍介質(zhì)之間的電性差異是探地 雷達探測的基本條件。I 1 11圖1探地雷達基本原理1. 2電磁波傳播特征探地雷達的電磁脈沖在介質(zhì)中的傳播速度為：cv其中c為電磁波在空氣

3、中的傳播速度，為介質(zhì)的介電常數(shù)，常見介質(zhì)的介電常數(shù)如表 1所示。材質(zhì)相對介電常數(shù)材質(zhì)相對介電常數(shù)粉質(zhì)粘土6水81干砂35灰?guī)r48濕砂2030花崗巖47金屬300砂巖6PVC塑料3.3頁巖515混凝土6.4淤泥530空氣1海水80粘土540表1各種常見介質(zhì)的介電常數(shù)電磁波脈沖在地質(zhì)界面上的反射系數(shù)為：k 1 2二根據(jù)電磁脈沖的傳播規(guī)律，在地質(zhì)界面上如果反 射系數(shù)為負，則相位與發(fā)射脈沖相反，若反射系 數(shù)為正，則相位與反射脈沖一致。如圖2和圖3, 可以清除看到反射波相位的變化規(guī)律。天線入射波*占至黑色)工加 冷,肉禮打，加.內(nèi)崢 七=0皿仃=0* hnl “kIE.司工用尊 也0：哂1咤，2。 Am

4、m y 皿 產(chǎn)產(chǎn) rOOtJ*=4)jOrit=v+ U 0, J/ *= *=1*iW 犯與Q1L雙典走時G1Q圖1.18合成雷達圮錄武佳為 P(St m) #lni/a) i(iu)L 18為計算例子.如第一層面的雙程走時為 50ns,在此之前所記錄的 是沿地表兩側(cè)到達的波， 在此之后記錄到層面的反 射脈沖，由于該層面的反 射系數(shù)為負值，相似反轉(zhuǎn) 了180、又如第三層面的 雙程走時為98H3,由于反 射系數(shù)為正，相位和發(fā)射 脈沖一致。右側(cè)標出了界 面深度。3雷達的分辨率對于地質(zhì)雷達的探測方式.它的分辨率也是一 個必須了解的內(nèi)容.地質(zhì)雷達的分辨率包括垂直 分辨率和水平分辨率。地質(zhì)雷達的垂直分

5、辨率主 要由地質(zhì)雷達的波長的二分之一決定。 從波的傳 播規(guī)律可知，識別目標體的尺度一般需大于1 /2波長，假設垂育最小可分辨的層的厚度為 Dm。 則它的計算式為：Dm = O.5A = C/2/J7其中，c為電磁波在真空中的傳播速度?？梢婎l 率越高，介質(zhì)的介電常數(shù)越大，Dm越小.即垂 直可分辨層的厚度越薄，垂直分辨率越高。地質(zhì)雷達的水平分辨率是指地質(zhì)雷達在水平 方向上所能分辨的最小異常體的尺寸的能力。通 常用Fresenel來表示，當反射面的埋深為H,發(fā) 射，接受天線的間距遠小于 H時，T我產(chǎn)g矛）2Rf就是水平分辨率的最小尺度。從計算公式可 以看出.當目標體埋深越大，雷達波頻率越低， 波長越

6、長，則Rf越大，水平分辨率越低.反之， 水平分辨率越高。第2章.雷達數(shù)據(jù)的采集雷達數(shù)據(jù)采集的步驟如下：.儀器安裝調(diào)試；.現(xiàn)場地質(zhì)以及其它情況記錄；.布置測線；.參數(shù)設置；.參數(shù)現(xiàn)場校核，如不合格，重新調(diào)試參數(shù)；.數(shù)據(jù)采集。下面將各步驟的注意事項說明。1儀器安裝調(diào)試必須在斷電的狀態(tài)下進行安裝和拆卸；如果現(xiàn)場空氣比較潮濕或者有水，注意防潮防 水，以免短路導致?lián)p壞電路；2. 2現(xiàn)場地質(zhì)記錄記錄現(xiàn)場的地質(zhì)條件，以免現(xiàn)場的干擾在雷達記 錄中造成假象，擾亂最終的解釋。3布置測線如果已知探測對象的大體走向，盡量使測線與其 走向正交；4參數(shù)設置參數(shù)設置是關(guān)系到采集數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵工作，各 項參數(shù)如下：Colle

7、ct菜闡（如圖4）:汪丁田增益: 地質(zhì)雷達發(fā)射的電磁波在介質(zhì)中傳播 過程中，在電性（介電常數(shù)）分界面上會發(fā)生發(fā) 射，有一部分電磁波繼續(xù)向下傳播， 傳播過程中 電磁波能量會被介質(zhì)吸收。隨著深度的增加，電 磁波能量減弱，信號幅度相應地減小，不利于信 號識別和辨認。為了能更好地識別信號特征，采 用增益（gain）函數(shù)來提高信號的幅度，使得信 號的細微變化更容易顯示和識別。增益菜單有兩 個選項：手動/自動Manual/Auto ,增益 點數(shù) Points,GP1、GP2、GP3GP5。在采集主機的 屏幕的右半部分有一個示波器窗口， 除了顯示波 形之外，還有一條紅色的曲線，該曲線就是增益 曲線，曲線的轉(zhuǎn)

8、折點點就是增益控制點。適當?shù)?增益函數(shù)會提高信號的可視性，但是增益過大會 出現(xiàn)削波現(xiàn)象，應該避免削波現(xiàn)象。ej雷達剖面的最頂端并不是第一個反射面（比如在地面探測時，剖面的頂端并不是地 面），這主要是因為：第一，系統(tǒng)延時，即主機 給出發(fā)射指令到天線開始發(fā)射的延遲時間，第 二，直達波，即有發(fā)射天線直接到接受天線的電 磁波。為了更加精確的定位，應該去除這兩方面 的干擾。但是由于確定零線較為困難。 可以在探 測時在地面放置一根電纜與測線正交， 天線經(jīng)過 電纜時在剖面上會記錄下電纜的位置， 通過識別 電纜就可以確定零線的位置了。COLLECT DP RADAR口 400 MHZ |詼捧天嫌類型，一般主機

9、臺自助識別天線類型并自動選擇T RATE |天羲的發(fā)射率上諉值越大，采集速度越快WDE Distance柔集模式，分對距寓涮量輪模式.點測模式以裂時間連續(xù)模匕9 - SCAN口 SAMPLESGPS None 關(guān)于陰s的選項一般不選512 來集祥點數(shù),它決定了垂直分瓣率的大小， 一般為512或者1口24FORMAT (bits) 16 |數(shù)據(jù)存儲格式，一般為第僮RANGE (nS) 60 |時窗范圍決定了采集深度的大小D DIEL 10,001介電鋤是進行時深轉(zhuǎn)到的關(guān)犍翎rate loo |掃描率，即每秒鐘采集的掃描數(shù)o SCN/UNIT 18.00 1每單位水平距需的掃描數(shù)3.GAIN |增

10、益菜生(洋見國) AVTO |博益模式選擇，分為自動增益和手動增益 POINTS j |增益的控制點效0 gpi( dB) -10 I第一個增益點的增益分貝數(shù)口 GP2 (dB 15 I第二個增益點的增益分貝數(shù)D GP3 10.0C Q QP PROCESSLP_IIR 0HP二工工R 0LP二FHR 0 口 HP二EHR 0 STACKING 0BGR_RMVL 0口&gcT OFF i曷動增益控圖5 Playbacck 菜單的注解Output 菜單（見圖 6）該菜單的主要功能就是設置數(shù)據(jù)的顯示參數(shù)和 數(shù)據(jù)的導出。B Cf SYSTEM產(chǎn)統(tǒng)叁蛾- UNITS i能位設置DEPTH foot

11、I深度單位選攆DISTANCE fc0tl距離單位選擇一 口 VSCALE depth愉雅嘉髓魁昌日CF SETUP |憬置RECALL I 調(diào)用參數(shù)I口 save |保存參數(shù)曰Or1 PATH |存儲路役NEW |新建路留-OF1 BACKLIGHT I屏幕背景燈光設置LEVEL4 |亮度水平設置B LET DATE/TIME | 日期設置DATE口 TIME0，BATTERY | 電池STATUS |電量狀態(tài)s & LANGUAGE I語言ENGLISH I英語模式B GF VERSION I 隧SHOW I 37 System菜單的注解5參數(shù)現(xiàn)場調(diào)試調(diào)試技巧：如果出現(xiàn)削波（振幅過大）或者

12、振幅過小的現(xiàn) 象，需要調(diào)節(jié)增益設置；如果出現(xiàn)雪花現(xiàn)象（特別是深部），需要增加 疊加次數(shù)；如果存在已知深度的目標體并且該目標體可 以在雷達剖面上識別的話，可以通過該目標體 的深度來反算波速，進而求出介電常數(shù)。這樣 求出來的介電常數(shù)比較接近真實值。如果沒有 已知深度的目標體，可以打鉆確定一個目標 體，然后量測其深度，用同樣的方法來反算介 電常數(shù)。6數(shù)據(jù)采集注意事項:天線拖動過程中要勻速，并且不要發(fā)生跳動現(xiàn) 象，跳動現(xiàn)象會造成非常大的干擾。打標記要及時，盡量不要重復。隧道拱頂或者拱腰部位探測時，可以使用臺車 （由裝載機拖動臺車），汽車架子和裝載機架 子，如圖8。其中臺車最安全，汽車架子最不 平穩(wěn)。臺

13、車（由裝載機拖動）汽車架子裝載機架子8各種架子第3章數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理的目的就是壓制干擾，突出有效信號，提高信噪比，這是進行成果解釋的前提，只有進行仔細的處理,才能獲得良好的效果。圖9為數(shù)搪觸期的流程圖，其中數(shù)才能細講解。據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理霞型行多次調(diào)試對比， 達到較好的處理效於將對各個步驟進行詳皮貝啃希爾在增益處理IIR濾波圖9雷達數(shù)據(jù)分析和處理流程1繪制測線布置圖和尺寸調(diào)整1. 1繪制測線布置圖內(nèi)業(yè)工作的第一步就是將現(xiàn)場的測線布置 草圖繪制成正式文檔。由于現(xiàn)場雷達數(shù)據(jù)文件是 以編號命名的，所以每條測線所對應的文件編號 需要記錄在文檔中，以防混亂。如下圖10,就是雷達探測橋洞的測線布置

14、圖，可見在圖中標注 了測線的方向以及測線所對應的文件編號， 應該 盡量多的將現(xiàn)場信息反映在布置圖上， 有助于在解釋過程中識別干擾，必要時可以做文字說明1觥122jffiTfU%HWV-B圖10雷達測線布置圖1. 2雷達數(shù)據(jù)剖面的尺寸調(diào)整由于在數(shù)據(jù)采集過程中存在以下的情況：采用時間連續(xù)采集模式的時候天線走速不均勻，導致標記（等距離標記）之間的道數(shù)不一 樣，甚至差別非常大；地表起伏比較大，容易在雷達剖上造成假象；由于直達波的存在，使得剖面的最頂部并不是 地面的反映，使得深度產(chǎn)生誤差。針對以上的情況，需要進行尺寸調(diào)整，各功能模 塊如下：水平尺距離正?；嚯x正?；?，該項功能允許你在標記（必須是等 距標

15、記）之間建立等長尺寸，也就是要求在標記 之間每單位距離上的尺寸等同，或道數(shù)一樣。在沒有測量輪的情況下以連續(xù)模式采集數(shù)時，天 線移動速度難以保持恒速，這樣就需要利用距離 正常化的功能。聯(lián)合標記或者距離標記（注：關(guān) 于Mark數(shù)據(jù)庫的性質(zhì)與使用見軟件說明書的的 第二章）設定后，該項功能就會通過增或刪的方 式來修正每個標記之間的道數(shù)，當然同時也修正 了采集速度（天線運行速度）。卷個標記之間的距旬單位長度 之間的道數(shù) 1早付F停 為米）Apply to U ser Maiksu_. _ -應用到用戶粽記 F唾一：CancelHelp參數(shù)輸入框注意：在運行該功能之前，必須確保標記信息是正確 的（無重復標

16、記，無丟失標記，首尾標記都存在, 所有的用戶標記都已經(jīng)轉(zhuǎn)化為距離標記或聯(lián)合 標記）。Scans/un%unit/mark都必須在頭文件中設置好，以便運行該功能。unit/mark是根據(jù)測量時的設定來設置的。Scans/unit需要用鼠標來清點每個標記之間 的道數(shù)（注意：因為在雷達剖面中顯示的是已經(jīng) 做了疊加處理的數(shù)據(jù)，若每個標志之間的道數(shù)為 3,而疊加次數(shù)為16,則實際每個標志之間的道 數(shù)為二者的乘積48,切記！ ！）該功能運行之后，原數(shù)據(jù)中在第一個標志之前 的部分已經(jīng)被cut off 了。水平尺寸縮放時 可以通過水平尺寸縮放中的疊加， 去除，添加功能來修改雷達數(shù)據(jù)參數(shù)設置對話框注意每次只能這

17、三項功能中的一個。疊加(stacking ):使用該功能可以對數(shù)據(jù)進行 簡單的滑動平均處理。該功能就是將所指定的幾 道平均疊加之后輸出一道數(shù)據(jù)。去除(skipping ):選定此項，你可以將指定的 道去除，比如，你輸入?yún)?shù)1,就會每隔一道去 除一道數(shù)據(jù)(因此，數(shù)據(jù)被壓縮到原來的二分之一)添加(stretching ):選擇此項，將拓展水平尺 寸。該功能將計算出每相鄰兩道的平均值(或指 定道數(shù))，然后將平均道添加到已有數(shù)據(jù)中。拼接文件有時因為場地條件所限，我們不得不分部采集數(shù) 據(jù)，在后處理中為了將各部分數(shù)據(jù)連接在一起， 就要使用該功能了。選擇 File Append File.選擇所要連接的各個

18、文件。點擊Done,完成連接，重新命名加以保存。表面位置調(diào)整（非常重要）由于系統(tǒng)延時和直達波存在，使得整個剖面的最 頂部并不是地面的位置。確定地面的位置，對于 精確的深度定位來說非常關(guān)鍵，但是如何確定， 目前還沒有定論，下面列舉三個常用的方法。根據(jù)RADA階紹，百分之九十的情況下把直達 波的第一個正峰位置作為地面。根據(jù)華東院資料，將直達波的第二個波瓣作為 地面，如下圖根據(jù)經(jīng)驗，可以在探測時在起始部位放置一根 電纜，在后處理時在剖面上識別出該電纜，這 樣就可以確定地面位置了。下面以一個探測剖面為例說明一下這三種方法 的用法與區(qū)別（如圖11）:圖11零線的確定如圖11,其第一個正峰位置是10.34

19、ns,第二個 峰值是14ns,而電纜位置是16.34ns ,可見三者 最大相差6ns,按照介電常數(shù)為8計算，深度偏 差了 30cm,對于超前預報來說該誤差可以允許。 而對于襯砌檢測來說偏差較大，需要綜合三種方 法來分析。表面正?；跍y線布置時會遇到地表起伏較大的情況,臺匕目匕這就需要修正地表起伏對數(shù)據(jù)剖面的影響，進而 可以使水平或接近水平狀的反射體的反應更接 近實際。通過輸入標記的z值就可以實現(xiàn)該功O2數(shù)據(jù)分析傅立葉譜分析數(shù)據(jù)處理是進行數(shù)據(jù)解釋的基礎，目前比較常用的處理方法有一維濾波，二維濾波，以及反 濾波，這幾種方法都是以傅立葉譜分析為基礎的，傅立葉譜分析是將雷達數(shù)據(jù)由時間域轉(zhuǎn)化為頻率域，表

20、現(xiàn)的是各種諧波頻率的振幅分布，如圖12。圖12振幅頻譜圖關(guān)于不同探測介質(zhì)的振幅頻譜特征，一下有幾個結(jié)論(摘自楊峰資料)：(1)水對高頻電磁波具有很強的吸收作用，這與水離子導電是密切相關(guān)的，離子導電增加 了介質(zhì)的電導，而電磁波傳播與電導和頻率之間呈指數(shù)衰減關(guān)系。(2)花崗巖不但對高頻成份具有一定吸收，而且形成的振幅譜比較單一。(3)在干燥的不均勻介質(zhì)中，形成的振幅譜不但主頻特征不明顯，而且在天線的高端會形 成一定的雜波信號。這可能是由于高頻電磁波在不均勻介質(zhì)內(nèi)形成多次干涉造成的。干涉現(xiàn)象 勢必加寬信號的頻帶特征。具體的譜圖如圖13。水背景雷達頻譜特征空氣背景雷達頻譜特征花崗巖背景雷達頻譜特征干燥

21、碎石背景雷達頻譜特征圖13 不同介質(zhì)的頻譜圖希爾伯特變換由于大地介質(zhì)的不均勻性，地質(zhì)雷達發(fā)射的 高頻脈沖電磁波在地下傳播過程中將發(fā)生強烈 的衰減、反射、折射、繞射和散射，這些反射波、 折射波、繞射波和散射波相互疊加在一起，為數(shù) 據(jù)處理帶來了巨大的困難；同時，為了得到更多 的反射波特征，地質(zhì)雷達通常利用寬頻帶進行記 錄，因此不可避免地記錄下各種干擾噪聲。如果 噪聲頻率帶與反射波頻率帶重疊或接近，利用傅 立葉譜分析技術(shù)對這樣的信號進行分析，有時難 以取得理想的效果，嚴重影響了圖像解釋的可信 度和精度，進而影響了地質(zhì)雷達的探測效果。而 希爾伯特變換可以較好的解決這個問題，希爾伯 特變換就是將記錄道的

22、信息直接在時間域上轉(zhuǎn) 化為瞬時振幅，瞬時相位，瞬時頻率的技術(shù)。復信號的瞬時振幅、瞬時相位、瞬時頻率這3種瞬時信息，一般是指一個特定的瞬間，而不 是一個時間段的平均。地質(zhì)雷達信號記錄道x(t) 的復信號分析與地質(zhì)雷達信號的傅立葉譜分析 分別在時間域和頻率域上對地質(zhì)雷達信號的能 量、頻率和相位等參數(shù)進行分析檢測，它們在振 幅上無本質(zhì)差別，而瞬時頻率與傅立葉分析的頻 率不同，前者是分析全部諧波疊加波形的視頻 率，后者則是分析各諧波頻率的振幅分布情況。 兩者既有區(qū)別，又有一定的內(nèi)在聯(lián)系。復信號分 析技術(shù)與傅立葉譜分析技術(shù)的成果輸出不同，它可以將地質(zhì)雷達記錄中的瞬時振幅、瞬時相位和 瞬時頻率分離出來，得

23、到同一個剖面的 3個參數(shù) 圖，因而其解釋方法與傅立葉譜分析技術(shù)的解釋 方法亦有所不同。瞬時振幅是反射強度的量度. 它正比于該時刻地質(zhì)雷達信號總能量的平方根.利用這種特征便于確定特殊巖層的變化。 當?shù)貙?存在明顯介質(zhì)分層、滑裂帶或地下水分界面時. 瞬時振幅會產(chǎn)生強烈變化，反映在瞬時振幅剖面 圖中就是分界面位置出現(xiàn)明顯振幅變化。 瞬時相 位是地質(zhì)雷達剖面上同相軸連續(xù)性的量度。 無論 反射波的能量強弱，它的相位都能顯示出來，即 使星弱振幅有效波在瞬時相位圖上也能很好地顯示出來。當電磁波在各向同性均勻介質(zhì)中傳播 時，其相位是連續(xù)的；當電磁波在有異常存在的 介質(zhì)中傳播時.其相位將在異常位置發(fā)生顯著變 化

24、,在剖面圖中明顯不連續(xù)。因此利用瞬時相位 能夠較好地對地下分層和地下異常進行辨別。當 瞬時相位圖像剖面中出現(xiàn)相位不連續(xù)時、 就可以 判斷該處存在分層或異常。瞬時頻率是相位的時 間變化率.它反映了組成地層的巖性變化.有助 于識別地層.當電磁波通過不同介質(zhì)界面時. 電 磁波頻率將發(fā)生明顯變化。這種變化可以在瞬時 頻率圖像剖面中較為清晰地顯示出來，在地下介 質(zhì)發(fā)生變化的時候,瞬時頻率也會發(fā)生顯著變 化，需要指出的是，在反射層處瞬時頻率的大小 在數(shù)值上與反射波的主頻對應的很好,所以可以 利用瞬時頻率的大小和穩(wěn)定情況來判斷地下介 質(zhì)的穩(wěn)定性和巖件變化。對于同一探測對象，3種瞬時信息在同一位置發(fā)生明顯變化

25、就可能反 映探測對象在該處的物性變化。因為在這 3個參 數(shù)中.瞬時相位譜的分辨率最高. 而瞬時頻率譜 和瞬時振幅譜的變化也較為直觀，所以通常根據(jù) 瞬時頻率譜和瞬時振幅譜來確定地下異常或分 層的大概位置：然后利用瞬時相位譜精確確宗異常位置和分層輪廓線。有些時候，也可以直接利 用瞬時相位譜來確定地下異常的位置。具體的分析實例見第五章。第4章數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是進行數(shù)據(jù)解釋的基礎，在 RADAN 中數(shù)據(jù)處理的方法非常多，應該在數(shù)據(jù)分析的基 礎上決定采取那些處理方法，采取怎樣的處理步驟。針對不同的目標，有不同處理方法。目標方法去除水平噪音水平高通濾波 豎直高通濾波 空間濾波 背景去噪高頻噪音（如：雪花）

26、豎直低通濾波水平低通濾波 空間濾波去除多次反射反褶積去除繞射并修正傾角較 大的層面偏移增加低振幅部分的可視 性運算功能顯示增益和窗口增益觀察細微的特征Hibert幅度轉(zhuǎn)換 空間濾波生成更為清晰的數(shù)據(jù)四則運算功能Local peaks （局部極值提取）靜態(tài)修正L各種處理方法的使用方法和注意事項在下面具 體講述。1去除水平噪音所謂的水平干擾信號，就是指水平帶狀干 擾，通常具有低頻特征，經(jīng)常會干擾一些真實的 反映體，如下圖：（a）水平干擾（b）頻譜圖（可以看出低頻干擾較多）圖1水平帶狀干擾及其對應的頻譜圖圖2水平干擾（可以看出剖面主要被水平信號 覆蓋）IIR水平高通濾波濾波器長度應該先設為數(shù)據(jù)剖面的

27、最大道數(shù)（應該為奇數(shù)），如果該數(shù)值超過 225,則應該 選擇225。這樣，在水平方向上長度等于或超過 該值的特征將被執(zhí)行濾波，而長度低于該值的特 征受影響很小。注意：因為對于IIR水平高通濾波器，其長 度最大為255,所以長度超過該值的特征都將會 被執(zhí)行濾波，這是不可避免的；因為直達波也是水平信號，為了不對直達波 產(chǎn)生影響，可以通過設置起始/終止樣本點來圈 定濾波區(qū)域，避開直達波。FIR背景去噪濾波器長度應該先設為數(shù)據(jù)剖面的最大道數(shù)（應該為奇數(shù)），如果該數(shù)值超過1023,則應該 選擇1023。這樣，在水平方向上長度等于或超 過該值的特征將被執(zhí)行濾波，而長度低于該值的 特征受影響很小。注意：因為

28、對于FIR背景去噪濾波器，其 長度最大為1023,所以長度超過該值的特征都 將會被執(zhí)行濾波，這是不可避免的；因為直達波也是水平信號，為了不對直達波 產(chǎn)生影響，可以通過設置起始/終止樣本點來圈 定濾波區(qū)域，避開直達波。垂直高通濾波一因為水平干擾信號往往具有低頻干擾，所以 垂直高通濾波器可以進行相應的處理，具體濾波 器設計需根據(jù)頻譜特征來確定。2去除高頻干擾高頻信號經(jīng)常表現(xiàn)為雪花形狀，對數(shù)據(jù)造成 了較大干擾?？梢酝ㄟ^垂直低通濾波，水平低通 濾波，滑動平均濾波來進行處理。垂直低通濾波垂直低通濾波分為IIR和FIR形式，可以根 據(jù)頻譜圖來確定具體的濾波參數(shù)。IIR水平低通濾波和FIR水平疊加其原理是當

29、你輸入一個非零值，由該值決定的 道數(shù)會相加平均并將平均值賦予中間道， 依次計 算。所以參數(shù)值應該為奇數(shù)，一般情況設為5就 可以很好的去除高頻，平滑數(shù)據(jù)。3空間濾波時一FF 一 一IF經(jīng) 二維濾以上就是F-K濾波的流程圖，首先經(jīng)過 快速傅立葉變換將時間域雷達數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 二維譜圖，經(jīng)過對二維譜圖的分析，選擇合 適的參數(shù)進行快速傅立葉逆變換，得到處理 之后的時間域雷達數(shù)據(jù)剖面。空間快速傅立 葉變換濾波器,是一個二維的頻率濾波器， 在時空二維域中進行濾波。經(jīng)常被稱作頻率 一波數(shù)濾波，或f-k濾波（注：k就是波數(shù) 的意思）。這種方法可以產(chǎn)生一個二維矩陣， 代表了雷達波的相位和振幅。可以用此濾波 器進行二

30、維濾波以削減噪音干擾。對已經(jīng)變化的數(shù)據(jù)矩陣進行傅立葉逆變換，此時的濾波器會濾掉一些噪音。在技 術(shù)上，通過逆變換，數(shù)據(jù)由頻率域恢復到時 間域。相對于一維的垂直和水平濾波，F(xiàn)-K濾波的優(yōu)點 有：可以對信號和噪音進行更好的區(qū)分。 信號和 噪音或許在一維處理中會有所重疊，使得分離它 們變得非常困難。但是二維濾波中的情況好的 多。該功能的對話框如下圖：主要顯示了二維譜 圖，濾波器參數(shù)設置，以及譜圖的顯示控制參數(shù)。 其中譜圖的豎軸代表了信號頻率，橫軸代表了波 數(shù)（即每單位長度上波周的數(shù)目）。2D FFT DIAGRAM鐮波器參數(shù)設置=Recalc按鈕會將文件轉(zhuǎn)化為二維譜圖。譜圖的 顯示參數(shù)可以控制譜圖的顯

31、示質(zhì)量，一旦譜圖形 成，可以用Gain, Zoom來增強顯示效果，可以 使用Scans, Samples來選擇顯示范圍（顯示范 圍也可以通過鼠標來控制）設置濾波器參數(shù)可以開始快速傅立葉逆變換。濾波器參數(shù)的意義和選擇 Min Freq最小頻率，Max Freq最高頻率，這 兩項控制著濾波器的豎向分量。- Alpha和Delta Alpha控制著水平分量,可以 通過圖中的直線在調(diào)整。Alpha代表著濾波器的對稱程度，當兩條直線 關(guān)于中間直線對稱時，Alpha的值接近于0, 當 Alpha很高時，意味著兩條射線不對稱。Delta Alpha代表著射線之間的夾角，與反射 體的線性尺寸相關(guān)。濾波器類型的

32、選擇：該項決定了使用哪種空間快 速傅立葉逆變換，總共有五種：None: FFT文件不作任何修改被恢復，High-Cut Horizontal: 僅兩射線之間的部分被 執(zhí)行FFT逆變換。High-Cut Vertical: 僅兩射線之外部分被執(zhí)行FFT逆變換。High-Cut Vert Symm: 僅兩射線之外部分被執(zhí)行FFT逆變換（對稱的）High-Cut Horz Symm: 僅兩射線之間的部分被 執(zhí)行FFT逆變換（對稱的）注：當射線不對稱時，使用對稱濾波器形式可以 起到較好的作用。使用經(jīng)驗：|不對稱的射線與對稱的濾波器類型組合，往往 得到比較好的效果。射線對稱時（即Alpha的值接近于0）

33、,水平和 豎直特征會被突出。不對稱的射線（即Alpha的 值很高）突出傾斜的特征。對于High-Cut Horizontal 和 High-Cut Horz Symm來說，Delta Alph較小時且對稱時，突 出的是水平信號，當Delta較大且對稱時，則 可以包含各種信號。如下圖。原始數(shù)據(jù) Alpha較小 Alpha較大High-Cut Vertical 和 High-Cut Vert Symm 方 式，當Delta Alph較小且射線對稱時，包含各種 信號，當Delta較大且對稱時，突出豎直信號。 所以運用這個功能可以去除水平干擾。原始數(shù)據(jù)Alpha較小Alpha較大當射線不對稱時，突出的

34、是傾斜信號，如下圖, 可見High-Cut Horizontal傾斜信號不突出。High-CutVertical 模式High-Cut VertSymmHigh-CutHorizontal4. 4去除多次反射-反卷積當雷達信號在目標體（如一塊金屬物或 濕粘土層）和天線之間來回反射的時候，往 往會出現(xiàn)多次反射界面的現(xiàn)象。或者在兩個 反射層面之間發(fā)生電磁波的振蕩，出現(xiàn)多次 反射現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會模糊淺部的（或者深 度較小的部分）真實信息。在實際探測中在 掃描地下水層，基巖或空洞的時候就會出現(xiàn) 多次重復的情況。反卷積就是為去除此類噪 聲干擾而設計的濾波方法，還可以提高垂直 分辨率，分解間距較小的層。R

35、ADA仲的反卷積方法叫做預測反卷積, 這是一種將尖脈沖反卷積作為一種特例的 常見方法。該方法試圖盡力在天線與地面耦 合的時候去逼近發(fā)射脈沖的形狀。假設一個 特定長度的震源子波，也稱作濾波器算子長 度，當震源子波由數(shù)據(jù)中被清除時，該濾波 器可以預測一定距離之外的數(shù)據(jù)形狀，叫做 預測延遲。這就導致了反射子波被壓制。像 天線重復反射等此類預測現(xiàn)象，將被移動到 比預測延遲更遠的位置，可以有效的消除此 類現(xiàn)象。反卷積參數(shù)選擇為了更好的運行反卷積濾波，像濾波算 子長度，預測延遲，預白噪聲化，增益，起 始樣本，終止樣本等參數(shù)應該適當?shù)倪x擇。濾波算子長度：按照組成一個脈沖的樣 本點數(shù)目，濾波器算子長度設定了濾

36、波器的 大小。較長的濾波算子長度可以對雷達波進 行較好的擬合，并且可以得到較好的結(jié)果， 但是耗時較長。濾波器算子長度應該滿足一個完整的 雷達子波循環(huán)，這樣將起到較好的作用。小 于該值的參數(shù)會導致不好的結(jié)果。如何確定濾波算子長度？首先找到反 射界面的第一個正反射，再找到第二個正反 射峰值，將兩者的樣本點數(shù)相減，而算子長 度值應該大于或等于該值。預測延遲：該值將被設定為理想的輸出 脈沖長度（大約為雷達子波的半個循環(huán)）。 小于該值的參數(shù)會產(chǎn)生更多噪聲。利用反卷積來去除重復反射時，延遲 值應該等于或小于重復之間的空間。參數(shù)值為5-1的預測延遲被用作擬合 尖脈沖反卷積，但是這將給數(shù)據(jù)帶來更多噪 聲干擾。

37、預白噪聲化：通過加強白噪聲（零延遲） 元件，預白噪聲化可以調(diào)整相應的自相關(guān)函 數(shù)。從數(shù)學意義上來講，預白噪聲化可以是 濾波器穩(wěn)定，并且可以是輸出的數(shù)據(jù)光滑， 降低噪聲干擾。0.11是普通值，而0.8是 一個較好的值。附加增益：附加增益是必要的，因為反 卷積會造成信號的衰減，尤其是在預測延遲 較短的情況下。35是普通值，盡量使用可 以是振幅恢復到原始數(shù)據(jù)水平的增益值。起始/終止樣本點：為了對反卷積時間上 建立一個范圍，起始和終止樣本點應該設 置，以樣本點編號來定義，該范圍內(nèi)反卷積濾波是可用的原始數(shù)據(jù)剖面經(jīng)反卷積處理的剖面4. 5去除繞射繞射產(chǎn)生的原因有：雷達天線以寬束的模式發(fā)射能量，所以在（離

38、天線）幾英尺遠的目標體可以被探測到。 當天線 由遠及近并經(jīng)過有限尺寸的物體時，該物體在雷 達圖像上表現(xiàn)為雙曲線形態(tài)。急劇傾斜的地層表面也會導致雷達能量的繞射交角處也會產(chǎn)生雙曲線繞射。常見繞射雙曲線 繞射如下圖：a為墻角繞射）b為橋墩頂部繞射管線繞射 圖像繞射會模糊一些有用的信息，導致對地下目 標體的尺寸和形狀作出錯誤的解譯。 急劇傾斜層 在雷達剖面上的表面形狀是一種假相，在很多情 況下需要進行修正。而偏移就是將傾斜層反應回 歸到其真實位置，并削弱雙曲線繞射的一種技 術(shù)。HyperbolicHyperbolic可?；艨上；舸_定參數(shù)（可手-面匚口所在RADA即，進行偏移的流程如下圖：二維變過大（即

39、呈ile偏移處理的流程圖偏移參數(shù)選擇在RADA即有偏移方法：可?；舴蚱坪碗p曲 線累加偏移。雙曲線累加偏移要比可?；舴蚱?速度快，但是精確度小。雙曲線累加偏移：該方法是沿數(shù)據(jù)剖面上的雙曲 線將其累加，然后將平均結(jié)果賦予雙曲線的頂 部?？上；舴蚱疲涸摲椒ㄒ入p曲線累加精確。同 樣的，通過將數(shù)據(jù)剖面上的雙曲線累加， 將平均 值賦予雙曲線的頂點。然而，不同的是：基于數(shù) 據(jù)特征的入射角和距離，可?；舴蜻€對該平均值 應用了一個修正參數(shù)。還對累加過程應用了濾波 處理。該濾波處理通過加強高頻成分和應用相位 校正來提高分辨率。通常來說，優(yōu)先使用可?；?夫偏移。注意：為了是偏移處理更加準確，建議在數(shù)據(jù)采集時 使用測量輪。兩種方法皆要求雙曲線的寬度以及相對速度被定義。在數(shù)據(jù)被執(zhí)行偏移處理之前，在頭文件中的下 列參數(shù)需要定義一個值：樣本/道數(shù)時窗范圍（納秒）道數(shù)/米速度：即雷達脈沖在某處的傳播速度。 相對速度 就是橫軸上一個目標體的長度(in number of scans/meter) 與其在縱軸(時間軸)方向上的長度( number of samples/meter) 的比/Olt。你應該調(diào)整雙曲線鏡像的形狀，以便與數(shù)據(jù)中的真實雙