一种反演固-固分层介质的介质参数和目标位置的方法技术

本发明专利技术提供了一种反演固

【技术实现步骤摘要】
一种反演固
‑
固分层介质的介质参数和目标位置的方法


[0001]本专利技术涉及超声检测领域的
，具体涉及一种反演固
‑
固分层介质的介质参数和目标位置的方法。

技术介绍

[0002]对于分界面为平行于表面的水平界面的液
‑
液分层介质，李鉴等在物理学报第37卷第7期发表论文，利用最小二乘法反演出上层液体介质的厚度和压缩波声速；并且利用目标的离散度极小反演出下层液体介质的压缩波声速，从而可利用快照的时间反转和逆时偏移(Time reversal and reverse time migration，TR
‑
RTM)方法(物理学报第36卷第11期)实现这种分层介质中目标的定位。然而，该方法仅适用于界面形状为水平形状的液
‑
液分层介质。而在实际检测中，分界面的形状是事先未知的。并且对于固体介质，超声换能器能够在固体中激发出纵波和横波。因此，为实现其中目标的定位，需要对固
‑
固分层介质中的纵横波和界面的位形等介质参数进行反演。
[0003]综上所述，现需要一种易于实现，计算复杂度低，反演精度高等优点的反演固
‑
固分层介质的介质参数和目标位置的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种反演固
‑
固分层介质的介质参数和目标位置的方法，以解决现有技术中固
‑
固分层介质的目标定位的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种反演固
‑
固分层介质的介质参数和目标位置的方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：通过两个矩形压电换能器置于固
‑
固分层介质的表面测量上层固体介质头波的声速；
[0007]步骤2：采用一线性排列的换能器阵列放置固
‑
固分层介质的表面进行检测，通过处理采集的全矩阵数据信号中的幅值最大的纵波反射信号获得界面的声像图，利用成像图定量表征界面的位置和形状；
[0008]步骤3：基于以上测得的上层介质纵波声速和界面的位形，比较各界面反射波模式的测量旅行时与预测旅行时之差，估计出上层固体介质的横波声速；
[0009]步骤4：从接收到的多种回波中，筛选出目标散射波，对于接收到的目标散射回波信号组，以目标可能点分布群的最小方差为衡量标准，反演出下层介质纵横波声速；
[0010]步骤5：目标可能点分布群的中心位置就是目标的定位结果，从而实现了固
‑
固分层介质中目标的定位。
[0011]进一步地，两个矩形压电换能器的其中一个作为发射换能器，另一个作为接收换能器，根据测量所得表面头波的旅行时，计算出表面头波的声速，即上层固体介质的纵波的声速。
[0012]进一步地，将线性排列的换能器阵列放置在固
‑
固分层介质的表面，线性排列的换
能器阵列的阵元数为n，每个阵元中心位置为(a
i
,0)(i＝1,2,3,
…
,i,
…
n)，阵元之间的中心间距均为d，压电换能器每个阵元既作为发射换能器，又作为接收换能器，采用线性换能器阵列多发多收的方式，即每一个阵元依次作为发射阵元发射信号，每一个阵元作为接收阵元接收信号，此时，能够接收n2个数据流，即全矩阵数据。
[0013]进一步地，接收阵元接收4种界面反射波分别为P1‑
P1波，P1‑
S1波，S1‑
P1波和S1‑
S1波，其中，P表示纵波，S表示横波(SV波)，下标
‘1’
表示上层介质，下标
‘2’
表示下层介质；
[0014]利用全聚焦成像方法处理这全矩阵数据中各接收阵元接收信号幅值最大的第一回波信号，再采用
‑
6dB方法定量表征固
‑
固分层介质分界面的位置和形状。
[0015]进一步地，设置未知的横波声速c
S1x
的初始值，基于Snell定律，计算声信号经由发射阵元i(a
i
,0)，经过界面某点(x
s
,z
s
)反射后，到达接收阵元j(a
j
,0)的旅行时；将此计算获得的旅行时与实际测量得到各回波旅行时进行比较，在单发多收的方式下，各发射
‑
接收对的测量与预测旅行时误差的平方和为：
[0016][0017]其中，m代表三种不同的反射波的模式，代表尝试声速下的旅行时，代表各测量回波的旅行时。
[0018]进一步地，采用多级细化搜索方法改变声速值c
S1x
，直至各发射
‑
接收对的测量与预测旅行时误差的平方和最小，此时的声速值就估计为上层固体介质的横波声速。
[0019]进一步地，在单发多收方式下，可读取识别出的某一目标散射波信号组的旅行时t
ijo
＝t
io
+t
jo
(j＝1,2,
…
i,
…
n)，其中散射波中的入射部分路径所耗费的旅行时为t
io
，散射波的散射部分所耗费的旅行时为t
jo
。
[0020]进一步地，对某一筛选出的各目标散射波信号组，将散射波历经的路径划分为4段，得到四种可能模式，即P1‑
X
‑
Y
‑
P1、P1‑
X
‑
Y
‑
S1、P1‑
X
‑
Y
‑
P1、P1‑
X
‑
Y
‑
S1，其中X和Y为未知的纵横波声速；
[0021]初始化纵横波介质参数，将下层区域离散为网格点，按照四种可能模式，计算声波从发射阵元i(a
i
,0)出发经过到这些点，再从这些点二次经过界面，到达接收阵元j(a
j
,0)的旅行时：
[0022][0023]其中，d
k
是四段路径中的第k段，c
k
是四种可能模式中对应第k段路径的声速，M为四种可能模式。
[0024]进一步地，利用发射阵元和接收阵元的中心位置和筛选出的散射波的旅行时，可在下层介质中形成n个弧，其中自发自收阵元对应的弧与其他的弧相交，可能有n
‑
1个交点(x
p
,z
p
)，这些点被称之为目标可能点，n
‑
1个离散的目标可能点形成了一个分布，计算这些目标可能点分布群的方差为：
[0025][0026]其中，为各目标可能点分布群中横坐标中的均值，为各目标可能点分布群中纵
坐标中的均值；
[0027]在四种可能模式下，获取方差的最小值和其对应的声速，对应的声速即所求的下层介质的纵横波声本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反演固
‑
固分层介质的介质参数和目标位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过两个矩形压电换能器置于固
‑
固分层介质的表面测量上层固体介质头波的声速；步骤2：采用一线性排列的换能器阵列放置固
‑
固分层介质的表面进行检测，通过处理采集的全矩阵数据信号中的幅值最大的纵波反射信号获得界面的声像图，利用成像图定量表征界面的位置和形状；步骤3：基于以上测得的上层介质纵波声速和界面的位形，比较各界面反射波模式的测量旅行时与预测旅行时之差，估计出上层固体介质的横波声速；步骤4：从接收到的多种回波中，筛选出目标散射波，对于接收到的目标散射回波信号组，以目标可能点分布群的最小方差为衡量标准，反演出下层介质纵横波声速；步骤5：目标可能点分布群的中心位置就是目标的定位结果。2.根据权利要求1所述的反演固
‑
固分层介质的介质参数和目标位置的方法，其特征在于，两个矩形压电换能器的其中一个作为发射换能器，另一个作为接收换能器，根据测量所得表面头波的旅行时，计算出表面头波的声速，即上层固体介质的纵波的声速。3.根据权利要求1所述的反演固
‑
固分层介质的介质参数和目标位置的方法，其特征在于，将线性排列的换能器阵列放置在固
‑
固分层介质的表面，线性排列的换能器阵列的阵元数为n，每个阵元中心位置为(a
i
,0)(i＝1,2,3,
…
,i,
…
n)，阵元之间的中心间距均为d，压电换能器每个阵元既作为发射换能器，又作为接收换能器，采用线性换能器阵列多发多收的方式，即每一个阵元依次作为发射阵元发射信号，每一个阵元作为接收阵元接收信号，此时，能够接收n2个数据流，即全矩阵数据。4.根据权利要求3所述的反演固
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固分层介质的介质参数和目标位置的方法，其特征在于，接收阵元接收4种界面反射波分别为P1‑
P1波，P1‑
S1波，S1‑
P1波和S1‑
S1波，其中，P表示纵波，S表示横波(SV波)，下标
‘1’
表示上层介质，下标
‘2’
表示下层介质；利用全聚焦成像方法处理这全矩阵数据中各接收阵元接收信号幅值最大的第一回波信号，再采用
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6dB方法定量表征固
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固分层介质分界面的位置和形状。5.根据权利要求1所述的反演固
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固分层介质的介质参数和目标位置的方法，其特征在于，设置未知的横波声速c
S1x
的初始值，基于Snell定律，计算声信号经由发射阵元i(a
i
,0)，经过界面某点(x
s
,z
s
)反射后，到达接收阵元j(a
j
,0)的旅行时；将此计算获得的旅行时与实际测量得到各回波旅行时进行比较，在单发多收的方式下，各发射
‑
接收对的测量与预测旅行时误差的平方和为：其中，m代表三种不同的反射波的模式，代表尝试声速下的...

【专利技术属性】
技术研发人员：武湛君，杨红娟，马书义，杨正岩，杨雷，
申请(专利权)人：大连君晟科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：