非均勻介質(zhì)中鉆孔雷達(dá)數(shù)值模擬與成像算法研究.pdf

1、鉆孔地質(zhì)雷達(dá)通過把雷達(dá)天線放在鉆孔內(nèi)對(duì)周圍的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)，不僅具有常規(guī)地表地質(zhì)雷達(dá)所有的優(yōu)點(diǎn)，還可開展地質(zhì)雷達(dá)透射成像探測(cè)。論文首先采用CPML邊界條件對(duì)非均勻介質(zhì)中鉆孔雷達(dá)進(jìn)行了數(shù)值模擬。在對(duì)非均勻介質(zhì)中鉆孔雷達(dá)正演計(jì)算公式進(jìn)行推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，對(duì)CPML邊界條件的吸收效果進(jìn)行了驗(yàn)證;并對(duì)鉆孔雷達(dá)的單孔反射和跨孔探測(cè)方式分別進(jìn)行了數(shù)值模擬;通過根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行均勻介質(zhì)與非均勻介質(zhì)的數(shù)值模擬對(duì)比分析，非均勻介質(zhì)的鉆孔雷達(dá)數(shù)值模擬更接近于

2、實(shí)際數(shù)據(jù)。證明了論文數(shù)值模擬計(jì)算方法的有效性與優(yōu)越性。
　　針對(duì)鉆孔雷達(dá)的天線是具有一定幾何長(zhǎng)度尺寸的實(shí)際情況，論文對(duì)鉆孔雷達(dá)的天線進(jìn)行了數(shù)值模擬和驗(yàn)證。對(duì)于鉆孔雷達(dá)跨孔探測(cè)時(shí)的信號(hào)發(fā)射，可以根據(jù)激發(fā)的電壓與某個(gè)參數(shù)的卷積得到天線中電流的分布，從而得到鉆孔之間計(jì)算區(qū)域的電場(chǎng);對(duì)于接收信號(hào)，可以根據(jù)接收天線處的電場(chǎng)與某個(gè)參數(shù)卷積得到該處天線電流強(qiáng)度，然后根據(jù)天線長(zhǎng)度對(duì)其進(jìn)行積分得到天線總電流的大小，與接收天線的負(fù)載電阻相乘即可得到該

3、時(shí)刻接收到的電壓大小。
　　常用的旅行時(shí)提取方法在針對(duì)大收發(fā)角度數(shù)據(jù)進(jìn)行提取時(shí)，因其低信噪比而顯得較為艱難且不夠準(zhǔn)確。基于此，論文提出一種新的方法對(duì)旅行時(shí)提取方法進(jìn)行改進(jìn)。首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，并按角度對(duì)數(shù)據(jù)分類;然后對(duì)相同收發(fā)角度數(shù)據(jù)與該角度信噪比最大的數(shù)據(jù)進(jìn)行互相關(guān)處理并疊加，從而得到該收發(fā)角度數(shù)據(jù)的參考波形;最后根據(jù)參考波形的初至波到達(dá)時(shí)間對(duì)該角度數(shù)據(jù)進(jìn)行互相關(guān)處理得到每道數(shù)據(jù)的初至波旅行時(shí)。
　　在對(duì)鉆孔雷達(dá)天線進(jìn)行

4、數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，論文對(duì)鉆孔間均勻介質(zhì)與非均勻介質(zhì)的情況進(jìn)行了電磁波初至波視速度的模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明:在發(fā)射天線與接收天線距離較近，即收發(fā)角度較小時(shí)，視速度與電磁波在介質(zhì)中傳播的真實(shí)速度誤差較小;隨著收發(fā)角度的增大，視速度也在逐漸增大;當(dāng)?shù)竭_(dá)了一定的收發(fā)角度時(shí)視速度會(huì)達(dá)到一個(gè)頂峰，隨后會(huì)慢慢隨著收發(fā)角度的增大而逐漸減小，但是仍然會(huì)比電磁波在介質(zhì)中傳播的真實(shí)速度要大。據(jù)此，論文提出一個(gè)跨孔地質(zhì)雷達(dá)電磁波傳播路徑假設(shè)，即鉆孔雷達(dá)跨孔探測(cè)