一种探地雷达(GPR)数据分解的方法技术

本发明专利技术公开了一种探地雷达GPR数据分解的方法，首先设计GPR数据分解公式表示为：对其进行优化，定义优化公式采用ωk计算步骤和uk计算步骤混合迭代优化。本发明专利技术的有益效果是提供了一种GPR数据高效分解的方法，使得后期探地雷达采集数据可视化效率提高。

【技术实现步骤摘要】
一种探地雷达(GPR)数据分解的方法
本专利技术属于雷达探测
，涉及一种探地雷达(GPR)数据分解的方法。
技术介绍
探地雷达(GroundPenetratingRadar,GPR)是用无电波来确定地下介质分布规律的探测技术,广泛应用于人类生存和生活服务，包括石油矿产资源勘查、基础工程建设、军事、环境保护和灾害防治等。探地数据分析与解译是将GPR数据转换为有用信息的核心环节。具体来说，就是依据获得的散射场，以及散射数据中的相位、频率和波速等参量，推断出区域内不同介质的空间结构分布及属性特征。目前GPR数据分析与解译工作仍然停留在强烈依赖解译人员经验的阶段，其结果的产生常常因个人观点和经验的不同而有着很大的差异。原因在于数据处理的不确定性对数据的解译带来了极大的困难。这种困难并不仅仅是由于处理方法的缺陷或技巧造成的，而是观测技术本身也存在着难以逾越的障碍。GPR系统的动态范围至少为60dB，而计算机屏幕上图像显示的动态范围大约是10～20dB，这意味着仅有少部分可用信息能够以图像的形式直接显示出来，其他附加的信息没有得到很好的显示和利用。本技术对原始数据中内蕴的属性信息进行充分挖掘和关联，使以往难以察觉地的规律显露出来。目前对于探地雷达GPR数据前期处理方法复杂，造成后期探地雷达采集数据可视化效率低，精度低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种探地雷达数据分解的方法，解决了探地雷达数据不能得到有效分解处理，造成后期探地雷达采集数据可视化效率低的问题。本专利技术所采用的技术方案是按照以下步骤进行：步骤1：GPR数据分解公式表示为：f(t)为GPR数据或观测信号，uk为f(t)的第K个子带，Ak和ωk分别为k子带幅值和频率，为信号的复指数表示，η为噪声；步骤2：定义优化公式：fL表示1D单数据道信息，ρ和α分别为调节参数，表示进行偏微分计算；步骤3：采用ωk计算步骤和uk计算步骤混合迭代优化：ωk计算步骤：解决ωk的最小化问题，ωk的迭代公式为：uk步骤：解决uk的最小化问题，迭代公式为：本专利技术的有益效果是提供了一种GPR数据高效分解的方法，使得后期探地雷达采集数据可视化效率提高。附图说明图1是GPR数据分解示意图；图1(a)是GPR数据；图1(b)是K＝1时子带分解结果；图1(c)是K＝2时子带分解结果；图1(d)是K＝3时子带分解结果；图1(e)是K＝4时子带分解结果；图1(f)是K＝5时子带分解结果。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术对原始GPR数据进行分解，形成多个独立的窄带子剖面。由于GPR数据具有异步属性(横向和纵向)，所以我们以VMD模型为基础，专门设计了分解模型。GPR数据分解：步骤1：分解的目标将GPR数据分解为具有不同属性特征的子带信息。用公式表示为：f(t)为GPR数据或观测信号。uk为f(t)的第K个子带，Ak和ωk分别为k子带幅值和频率，为信号的复指数表示，η为噪声。步骤2：分解方法基于VMD(VariationModeDecomposition)分解策略。2DVMD方法表示为最小化问题：由于2DGPR数据是由单数据道沿水平测线(横轴)顺序排列形成的剖面，所以水平方向和垂直方向具有明显的异步特征，不能直接运用1DVMD或2DVMD进行分解。我们所做的改进是设计了一种混合优化模式，定义了优化公式：这里，fL表示1D单数据道信息。上式为1维和2维混合结构。ρ和α分别为调节参数，表示进行偏微分计算。步骤3：采用两个步骤(ωk计算步骤和uk计算步骤)混合迭代优化：ωk计算步骤：解决ωk的最小化问题。ωk的迭代公式为：uk步骤：解决uk的最小化问题。迭代公式为：如图1所示，图1(a)是GPR数据；图1(b)是K＝1时子带分解结果；图1(c)是K＝2时子带分解结果；图1(d)是K＝3时子带分解结果；图1(e)是K＝4时子带分解结果；图1(f)是K＝5时子带分解结果。可以看出，ωk仅与垂直方向的1D数据道直接相关关，数据道之间间接相关。而uk根据2D数据剖面计算而来。下面是分解后的结果和相应的直方图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种探地雷达GPR数据分解的方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：GPR数据分解公式表示为：f(t)=Σk=1Puk(t)=Σk=1PAk(t)ejωkt+η;]]>f(t)为GPR数据或观测信号，uk为f(t)的第K个子带，Ak和ωk分别为k子带幅值和频率，为信号的复指数表示，η为噪声；步骤2：定义优化公式：L(ωk,uk,ρ)=αΣk||∂fL(ωk)||22+||f-Σuk||22+ρ|f-Σuk|;]]>fL表示1D单数据道信息，ρ和α分别为调节参数，表示进行偏微分计算；步骤3：采用ωk计算步骤和uk计算步骤混合迭代优化：ωk计算步骤：解决ωk的最小化问题，ωk的迭代公式为：ωkn+1=argminωk L(ωkn,ukn);]]>uk步骤：解决uk的最小化问题，迭代公式为：ukn+1=argminuk L(ωkn,ukn).]]>

【技术特征摘要】
1.一种探地雷达GPR数据分解的方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1：GPR数据分解公式表示为：f(t)为GPR数据或观测信号，uk为f(t)的第K个子带，Ak和ωk分别为k子带幅值和频率，为信号的复指数表示，η为噪声；t为变量，t＝1,2,…；j为虚数单位；P为大于1的整数；步骤2：定义优化公式：

【专利技术属性】
技术研发人员：原达，
申请(专利权)人：山东工商学院，
类型：发明
国别省市：山东;37