【《探地雷达数据处理的案例分析》5000字】

探地雷达数据处理的案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u18954探地雷达数据处理的案例分析 1151011.1绘制测线布置图和尺寸调整 2127051.2数据分析 681761.3数据处理 6数据分析与数据处理的主要目的就是通过压制干扰,凸显有效的信号,提高信噪比。如下图1.1为系统数据分析和处理工作的流程示意图。此章会对各步骤做一下详尽的说明。好好不好成果解释报告编写确定处理流程和参数数据处理增益处理IIR滤波FIR滤波F-K滤波算术运算反卷积偏移处理静态校正希尔伯特变换……处理效果绘制测线布置图尺寸调整零线确定数据分析频谱分析希尔伯特变换图1.1雷达数据分析和处理流程1.1绘制测线布置图和尺寸调整1.1.1绘制测线布置图内部建设的第一步是将现场线测量设计和布局的草图准备好，然后写入正式文件。由于现场雷达数据文档编号，因此需要将与每个检测线相对应的文档编号记录在相关文档中，以避免混淆。图1.2是雷达探测桥孔探测线的布局图，可见在此图中已经标明了检测线的运行方向和相应的文件编号，应尽可能多地将现场信息直接反映到该布局图中，帮助我们在解释过程中准确识别干扰，如有必要，也可以给出一些文字说明。图1.2雷达测线布置图1.1.2雷达数据剖面的尺寸调整在雷达数据采集过程中，可能会存在以下的情况：采用了具有时间性和连续性的天线采集标记模式。然而有时候,由于两个天线的行进的速度不均匀,导致两个标记之间的采集路径和标记道数不一样,甚至还有可能会导致有很多小的差别;由于地表起伏比较大，雷达发生跳动，雷达剖面上容易造成假象；因为直达波形的存在,使得剖面上的最顶部也不是对地面形态的反射,使其对深度造成了误差。对于以上的情况，需要进行尺寸调整，具体的模块如下图1.2：剖剖面尺寸调整水平尺寸调整垂直尺寸调整距离正常化水平长度的缩放文件拼接深度正常化零线调整图1.2探地雷达剖面尺寸调整距离正常化这一项功能可以在标记(必须为等距标记)之间设置一个等长的尺寸,即这个标记要求每一个单位的距离上的标记都应当与其他一个单位的距离相等,或者说道数相同。图1.3参数输入框水平尺寸缩放可以同时用于通过水平和垂直尺寸的图像缩放对其中的所有图像数据进行实时去除,添加，叠加等等功能，可以用于实时修改带有雷达跟踪信号的图像数据。图1.4参数设置对话框需要注意的是这三项功能每次只能用其中的一个。叠加(stacking):这个功能可以轻松实现对多个数据节点进行简易的横向滑动和数据平均化。去除(skipping):通过一次选定这个项,可以把自己指定的道参数进行一次去除,比如,你只要一次输入一个道的参数1,就很有可能会每间隔一道函数进行一次去除一道数据。增设(stretching):该计算功能将通过综合计算方法得出每一个道中相邻两道的道数平均值,然后将平均道值添加到数据库来进行综合计算。拼接文件有时进行探测的条件有限,只能进行分部采集数据,后期的数据处理中为了使各个部分的数据紧密地连接到一起,就需要考虑到使用这个功能。表面位置调整（非常重要）对于准确的海洋深度进行定位来说，确定一个地面的高程十分关键,但是怎样才能确定,目前尚未找到一个定论,下面我们就简单的列出三个经常采取的方式。雷达介绍里表明，百分之九十的情况下把直达波的第一个正峰位置作为地面。华东院资料显示，将直达波的第二个波瓣作为地面。③而从实践的经验出发,可以在电缆探测时将其起始点的部分放置一根电缆,在后期处理时则从剖面上辨认得出该电缆,这样就已经可以准确的判断地面的位置。1.2数据分析1.2.1傅立叶谱分析目前，较为常见的数据处理技术方法主要有一维过滤、二维过滤和反向过滤，这些技术实际上是基于傅立叶频谱的分析技术，傅立叶频谱分析技术是将雷达中的数据直接从时间域转换为频率域，表现出来的就是各种信号和谐波频率之间的振幅分布。1.2.2希尔伯特变换希尔伯特变换的方法指的就是把音频记录放在路径文件中的音频信息直接从一个时间域上转化成瞬时的振幅,瞬时的时间相位,瞬时间的频率。瞬时振幅特征指的也就是对岩层反射强度的实时测量,它与某一时刻各个特殊地质区域雷达探测信号的总反射能量频率相等,利用此振幅特征我们可以更加便于准确判断某一个特殊地质区域内的岩层可能发生的强度变动。瞬时地球相位运动测定则主要是对于瞬时地质探测雷达在地球剖面上的两个同相速度轴线上的连续性运动进行相位测定。瞬时频率指的是一个相位时间变化比率,它直接反映了所有组成物地层的岩性变化,有助于辨认地层。对于同一个被某种检测者看到的某个对象,3种瞬间变化信息如果在两个同一点上某个位置之间出现了明显的时间变化,很容易有概率可能也就会直接用来反映被某个检测者看到的某个对象在此时间点上的某种物理性质或改变。1.3数据处理数据处理技术是我们进行大量的数据诠释和分析的重要技术基础,测地雷达的数据处理方法很多，应根据数据分析技术确定应选择哪种处理技术，应采取哪些处理措施和步骤。对不同的项目有不同的方法。如表1.1。目标方法去除水平噪音水平高通滤波竖直高通滤波空间滤波背景去噪高频噪音（如：雪花）竖直低通滤波水平低通滤波空间滤波去除多次反射反褶积去除绕射并修正倾角较大的层面偏移增加低振幅部分的可视性运算功能显示增益和窗口增益观察细微的特征Hibert幅度转换空间滤波生成更为清晰的数据四则运算功能Localpeaks（局部极值提取）静态修正表1.1探地雷达数据处理方法1.1.1去除水平噪音所谓水平干扰信号，大致是指高频和水平带干扰，通常具有较高的低频特性，通常直接干扰某些真实反射器，如下图所示：（a）水平干扰（b）频谱图（可以看出低频干扰较多）图1.5水平带状干扰及其对应的频谱图图1.6水平干扰（可以看出剖面主要被水平信号覆盖）IIR水平高通滤波滤波器的路径长度：在首先把它设置为一个当时数据路径剖面的最高数据路径长度道数(而且数值应该一定是一个奇数)。这样,在一个特点水平或者方向上的特点长度远远相当于或者远远等于超过了该特点值的每个特点就可能会由此对其特点进行信号处理和引入滤波,而且这个长度远远相当于该特点值的每个特点只会受到滤波影响很小。FIR背景去噪滤波器的路径长度在这时候我们应该先将其设置为一个位于数据来源剖面的最高一个路径的通道数(且其值应该一定是一个奇数),如果当中的一个路径数值已经大于1023,则我们就认为应该重新考虑是否选择1023。垂直高通滤波由于水平干扰信号的干扰频率往往较低，因此对于垂直高通滤波器也可以进行相应的处理，具体的滤光片设计要求或根据其光谱和特性来确定。1.1.2去除高频干扰高频信号往往显示雪花形状，从而对数据产生强烈的干扰。可通过垂直低通过滤、水平低通过滤、滑动平均过滤等进行处理。1.1.3空间滤波如图1.7。时间域原始数据时间域原始数据FFT二维谱图IFFT经二维滤波之后的时间域雷达剖面图1.7滤波流程图以上的图就是快速f-k雷达滤波的具体工作原理流程图。空间快速傅立叶变换快速滤波器,实际上它指的是一个二维空间频率快速滤波器,在整个二维时空的两个三维的区域空间中都必须能够同时进行快速滤波。通常被我们用来叫做它的频率-波数转换滤波,或简称f-k滤波(译者注:k频率即波数)。1.1.4去除多次反射－反卷积在实际地质勘查中,扫描仪看到地下的积水层,基岩或者可能是空洞的扫描过程中,会不断有多次或少次重复。反卷层堆积即是为了有效去除这些不同类型的横向噪声滤波干扰所需要采用的横向滤波图层技术,还因其图层具有较高的相对竖向图层分辨率,可以将其进行分解以得到一个相对于图层间距较短的图层。反卷积滤波参数的选取：滤波算子的长度,预测时间的延迟,预白噪声化,增益,起始样品,终止样品等这些参数都应该合理地进行选取，以更好地进行反卷积滤波。滤波器的算子长度:按照每个样品组成一个脉冲的量和样品点的数量,滤波器的算子长度决定了每个滤波器的量和样品点。预测时间延迟:这个值将被设置为理想输出脉冲的长度。小于这一值的参数可能会导致较多的噪声。预白自动噪声的优化:通过软件对白自动噪声(零输入时间或无延迟)中的元件噪声进行自动加强,预白自动噪声在优化后就已经可以直接用来自动调整元件相应的自动和相关噪声函数。附加增益:附加增益这种反卷积方法往往会导致信号产生一定的衰减,特别是在预测时间延长或者信号推迟时间比较短的地方。3~5为一般的增益值。起始/最后终止两个样本点:为了能够在相同的一段时间内对一个反卷积信号进行多次滤波而需要建立一个新的区域,起始和最后终止的每个样本点都同时应该对其有自己的区域设置。1.1.5去除绕射常见绕射双曲线绕射如图1.8：管线绕射图像a为墙角绕射，b为桥墩顶部绕射图1.8常见绕射图像绕射可能会对一些有用的数据分析信息造成影响,导致我们对地下物体的体积大小以以及其整体形状特征作了错误的正确理解。而控制偏移的方法其实就是把横向倾斜环绕层的化学反应重新设置回归为它们真实的中心位置,并且这样可以有效削弱单向双锥的曲线相对环绕层的射程。在卫星雷达观测工作系统中的偏移测量计算两种方法:可希霍夫偏移计算法和双三角曲线方法累计计算。双曲线的一个累加函数偏移生成速率虽然要比马尔可希霍夫的累加偏移快,但是其偏移精确性较小。双曲线的累加和偏移:这个计算方法主要操作是先沿着一条数据剖面上的双曲线向顶部进行累加,然后再把计算出来的平均结果赋予双曲线的顶部。可希霍夫偏移:这种曲线计算值的方法通常需要曲线比单纯的曲线更好地达到累加准确。这种用于滤波图像处理的新技术只要通过大幅增加高频滤波组件的化学成分及在其他应用领域中的图像相位自动校正等重要作用均可来大幅改善其图像分辨率。通常这种情况下,优先级应考虑是否使用可希霍夫径向偏移。偏移参数选择①速率:也就是即雷达脉冲在特定位置内的传递速度。相对加速度是指横轴上某一个目标物体与其所在纵轴(时间线)方向上的相对加速度之间的比值。②宽度:(以路径道数为单位)该取值应与绕射双向曲线所需的路径道数相同。较大的取值可能比较准确,但如果取得太小,就可能会导致出现信号衰减。③振幅增益:主要用途是广泛用于在振幅偏移后延时加强振幅。这个值的数值一般来说可以直接建立在1.5~5。1.1.6增加低振幅部分的可视性在雷达中,有三种方式可以用于增加较低的振幅区域或者是对较小的振幅区域进行加强，包括：利用颜色转换功能调整时窗增益调整显示增益利用颜色转换功能（colortransform）颜色转换默认为1，其中的两种色标由8个分别带有负极和正值的两种颜色和8个分别带有颜色正极和负值的两个颜色混合转换组成,每个带有负极值的颜色在一段的特定时间内和长度内都应该一定是相对的且均等的。时窗增益参数选择正常情况下,这个射频滤波被执行后,该射频信号中的振幅就可能会随之反而有所谓的减小。雷达补偿软件功能使得我们不仅可以通过直接使用自动增益补偿功能,轻松实现对振幅值的自动补偿。增益值的计算实现方式大致可以分为两种:时窗自动增益计算法和自动恢复性时窗增益计算法。=1\*GB3①时窗增益在这种激光雷达中主要我们可以看到采用三种显示方式用来实现时窗显示增益的自动控制显示方式:线性自动增益,自动增益,指数自动增益。线性自动增益函数模型系统&高精度增益增益模型线性自动函数增益模型系统是一个专门设计用于手工创建一个数据自动增益线性固定增益值的计算函数模型的,允许每个用户通过手工操作一个固定自动增益的数据节点。增益输出输入控制点选择位置参数即可控制通过输入位置控制参数框架来进行增益输入。=2\*GB3②恢复增益恢复取样增益可以在数据采集取样过程中广泛用于测量去除被恢复取样时数据的增益。恢复增益通常可以把这些数据从导电模型中的输出程序转换成作为正演形式运算程序,或者直接用来决定它的导电常量,导电常数,或者在导电层间的衰减。显示增益为了完全改变触摸显示屏的增益,可以在触摸屏幕上直接通过左键点击控制鼠标或者右键来进行显示选择。可以从一个具有预设的配置的开始菜单中选择0.0625至16。就让你能够对整个时窗进行自动改变。1.1.7增加微弱信号得可视性并生成更清晰得数据剖面Hilbert变换参数选择=1\*GB3①进行Hilbert变换时需要输入几个参数：·起始样本点，终止样本点；·需要转换的方式（振幅值，瞬时相位or瞬时频率）；·频率范围。=2\*GB3②通过使用transformto调频功能软件来对其进行快速选择可将数据同时显示两种频率方式:瞬时振幅值,瞬时振幅相位频率。静态校正补偿机器人在水平或垂直方向上发生的高程度变化、相位改动和噪音的增加中，静态校正通常被广泛应用。静态校正系统能够有效补偿由于在一个特定的光线时间窗口中所同时出现的一个被光反射的图层向其位置的方向移动时所引起的一些噪音或者干扰。Localpeaks提取功能Localpeaks提取功能是一种可以自