一種探地雷達(gpr)數(shù)據(jù)分解的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達探測技術(shù)領(lǐng)域，設及一種探地雷達(GPR)數(shù)據(jù)分解的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 探地雷達(Ground Penetrating Radar,GPR)是用無電波來確定地下介質(zhì)分布規(guī) 律的探測技術(shù)，廣泛應用于人類生存和生活服務，包括石油礦產(chǎn)資源勘查、基礎(chǔ)工程建設、 軍事、環(huán)境保護和災害防治等。探地數(shù)據(jù)分析與解譯是將GPR數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有用信息的核屯、環(huán) 節(jié)。具體來說，就是依據(jù)獲得的散射場，W及散射數(shù)據(jù)中的相位、頻率和波速等參量，推斷出 區(qū)域內(nèi)不同介質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)分布及屬性特征。
[0003] 目前GPR數(shù)據(jù)分析與解譯工作仍然停留在強烈依賴解譯人員經(jīng)驗的階段，其結(jié)果 的產(chǎn)生常常因個人觀點和經(jīng)驗的不同而有著很大的差異。原因在于數(shù)據(jù)處理的不確定性對 數(shù)據(jù)的解譯帶來了極大的困難。運種困難并不僅僅是由于處理方法的缺陷或技巧造成的， 而是觀測技術(shù)本身也存在著難W逾越的障礙。
[0004] GPR系統(tǒng)的動態(tài)范圍至少為60地，而計算機屏幕上圖像顯示的動態(tài)范圍大約是10 ~20地，運意味著僅有少部分可用信息能夠W圖像的形式直接顯示出來，其他附加的信息 沒有得到很好的顯示和利用。本技術(shù)對原始數(shù)據(jù)中內(nèi)蘊的屬性信息進行充分挖掘和關(guān)聯(lián)， 使W往難W察覺地的規(guī)律顯露出來。
[0005] 目前對于探地雷達GPR數(shù)據(jù)前期處理方法復雜，造成后期探地雷達采集數(shù)據(jù)可視 化效率低，精度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種探地雷達數(shù)據(jù)分解的方法，解決了探地雷達數(shù)據(jù)不能 得到有效分解處理，造成后期探地雷達采集數(shù)據(jù)可視化效率低的問題。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是按照W下步驟進行：
[000引步驟1 :GPR數(shù)據(jù)分解公式表示為：
[0009]
[0010] f(t)為GPR數(shù)據(jù)或觀測信號，化為f(t)的第K個子帶，Ak和Wk分別為k子帶幅值和頻 率，e?'為信號的復指數(shù)表示，η為噪聲；
[0011] 步驟2:定義優(yōu)化公式：
[0012]
[0013] 肝表示1D單數(shù)據(jù)道信息，Ρ和α分別為調(diào)節(jié)參數(shù)，目灼表示進行偏微分計算；
[0014] 步驟3:采用Ok計算步驟和Uk計算步驟混合迭代優(yōu)化：
[0015] cok計算步驟:解決Ok的最小化問題，Ok的迭代公式為：
[0016]
[0017] Uk步驟:解決化的最小化問題，迭代公式為：
[001 引
[0019] 本發(fā)明的有益效果是提供了一種GH?數(shù)據(jù)高效分解的方法，使得后期探地雷達采 集數(shù)據(jù)可視化效率提高。
【附圖說明】
[0020] 圖1是GPR數(shù)據(jù)分解示意圖；
[0021] 圖 1(a)是 GPR 數(shù)據(jù)；
[0022] 圖1(b)是K = 1時子帶分解結(jié)果；
[0023] 圖1(c)是Κ = 2時子帶分解結(jié)果；
[0024] 圖1(d)是Κ = 3時子帶分解結(jié)果；
[0025] 圖1(e)是Κ = 4時子帶分解結(jié)果；
[0026] 圖1(f)是Κ = 5時子帶分解結(jié)果。
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[002引本發(fā)明對原始GH?數(shù)據(jù)進行分解，形成多個獨立的窄帶子剖面。由于GH?數(shù)據(jù)具有 異步屬性(橫向和縱向），所W我們WVMD模型為基礎(chǔ)，?？谠O計了分解模型。
[0029] GPR數(shù)據(jù)分解：
[0030] 步驟1:分解的目標將GPR數(shù)據(jù)分解為具有不同屬性特征的子帶信息。用公式表示 為：
[0031]
[0032] f(t)為GPR數(shù)據(jù)或觀測信號。Uk為f(t)的第Κ個子帶，Ak和wk分別為k子帶幅值和頻 率，6-'"''為信號的復指數(shù)表示，η為噪聲。
[0033] 步驟2:分解方法基于VMD(Va;riation Mode Decomposition)分解策略。2D VMD方 法表示為最小化問題：
[0034]
[003引由于2D GPR數(shù)據(jù)是由單數(shù)據(jù)道沿水平測線(橫軸)順序排列形成的剖面，所W水平 方向和垂直方向具有明顯的異步特征，不能直接運用1D VMD或2D VMD進行分解。我們所做 的改進是設計了一種混合優(yōu)化模式，定義了優(yōu)化公式：
[0036]
[0037] 運里，扎表示1D單數(shù)據(jù)道信息。上式為1維和2維混合結(jié)構(gòu)。P和α分別為調(diào)節(jié)參數(shù)， 30表示進行偏微分計算。
[003引步驟3:采用兩個步驟（Ok計算步驟和Uk計算步驟)混合迭代優(yōu)化：
[0039] Qk計算步驟:解決Ok的最小化問題。Ok的迭代公式為：
[0040]
[0041] Uk步驟:解決Uk的最小化問題。迭代公式為：
[0042]
[0043] 如圖1所示，圖1(a)是GPR數(shù)據(jù)；圖1(b)是K=1時子帶分解結(jié)果；圖1(c)是Κ = 2時子 帶分解結(jié)果；圖1(d)是Κ = 3時子帶分解結(jié)果；圖1(e)是Κ = 4時子帶分解結(jié)果；圖1(f)是Κ = 5 時子帶分解結(jié)果?？蒞看出，wk僅與垂直方向的ID數(shù)據(jù)道直接相關(guān)關(guān)，數(shù)據(jù)道之間間接相 關(guān)。而Uk根據(jù)2D數(shù)據(jù)剖面計算而來，下面是分解后的結(jié)果和相應的直方圖。
【主權(quán)項】
1. 一種探地雷達GPR數(shù)據(jù)分解的方法，其特征在于按照以下步驟進行： 步驟1: GPR數(shù)據(jù)分解公式表示為：f(t)為GPR數(shù)據(jù)或觀測信號，uk為f(t)的第K個子帶，AdPcok分別為k子帶幅值和頻率， 為信號的復指數(shù)表示，τι為噪聲； 步驟2:定義優(yōu)化公式：??表示1D單數(shù)據(jù)道信息，P和α分別為調(diào)節(jié)參數(shù)，0(·)表示進行偏微分計算； 步驟3:采用ω k計算步驟和此計算步驟混合迭代優(yōu)化： ω k計算步驟:解決ω k的最小化問題，ω k的迭代公式為：uk步驟:解決uk的最小化問題，迭代公式為：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種探地雷達GPR數(shù)據(jù)分解的方法，首先設計GPR數(shù)據(jù)分解公式表示為：對其進行優(yōu)化，定義優(yōu)化公式<maths num="0001"></maths>采用ωk計算步驟和uk計算步驟混合迭代優(yōu)化。本發(fā)明的有益效果是提供了一種GPR數(shù)據(jù)高效分解的方法，使得后期探地雷達采集數(shù)據(jù)可視化效率提高。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號】CN105447314
【申請?zhí)枴緾N201510835548
【發(fā)明人】原達
【申請人】山東工商學院
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月25日