[发明专利]消除冻土区低频非屏蔽探地雷达多次波信号干扰的方法

说明书

本发明公开消除冻土区低频非屏蔽探地雷达多次波信号干扰的方法，属于采用无线电波的反射或再辐射的定位或存在检测技术领域，用于消除探地雷达的信号干扰，包括对采集的原始数据进行重新采样，加密垂直方向的采样，达到采样定理的要求，重点区域记录长度调整，根据冻土区探测深度的需要在探地雷达剖面的深度方向上选取上半空间的信息进行重点分析，采用指数增益对数据的振幅进行设置，指数增益为2点增益；局部高频噪音消除，通过相邻的5个测点之间进行计算，其算术平均值的数值作为第三个测点上的对应采样点的幅值，通过算术平均消除随机的噪音的幅值；水平方向反射信号加强，显示局部的反射信号，最后执行低频干扰消除。

技术领域

本发明公开消除冻土区低频非屏蔽探地雷达多次波信号干扰的方法，属于采用无线电波的反射或再辐射的定位或存在检测技术领域。

背景技术

我国高原冻土区地表多被第四系地层覆盖，地下空间内有季节性或永久性冻土分布，部分区域的冻土底部的烃源岩会释放分解甲烷、二氧化碳等气体并向地表运移、喷发，气体释放过程会导致冻土区存在地下垂向结构。当前冻土区工程与环境勘查工作中，探地雷达作为一种快速、高效手段被广泛使用，特别在冻土区探测深部地下结构时，需要使用低频非屏蔽探地雷达。但是在人文环境和气候变化的影响下，雷达信号易受外部干扰，其有效波和多次波相互纠缠，缺少一种在原始数据中对多次波清晰辨识并去除的方法。

在冻土区探测垂向地下结构时，存在垂向地质结构如气体运移通道结构尺度较小，探测深度较大、一般的地球物理方法分辨率往往难以满足要求。通过理论模型计算，发现采用低频探地雷达方法可以有效满足探测分辨率需求。然而低频探地雷达天线较大，受其尺度限制，不能进行屏蔽，使得其抗干扰能力下降，尤其是纵向深部结构以及地表的多次波干扰尤其明显（呈双曲线结构叠加状）。目前，使用常规处理方法存在两个问题，一个是信号平滑、滤除过多，导致有效信号被同时滤掉，无法分辨目标体；一个是信号处理程度较弱，目标区域被多次波影响，目标体不能被识别。

发明内容

本发明的目的在于提供消除冻土区低频非屏蔽探地雷达多次波信号干扰的方法，以解决现有技术中，低频探地雷达存在信号干扰导致无法有效识别目标和有效信号被过滤的问题。

消除冻土区低频非屏蔽探地雷达多次波信号干扰的方法，包括：

S1.对采集的原始数据进行重新采样，加密垂直方向的采样，达到采样定理的要求；

S2.重点区域记录长度调整，根据冻土区探测深度的需要在探地雷达剖面的深度方向上选取上半空间的信息进行重点分析，记录长度调整为原始记录长度的1/4，采样点数控制在1024，时间走时设置在1600ns；

S3.采用指数增益对数据的振幅进行设置，指数增益为2点增益，分贝为负值，依次为-48分贝和-16分贝；

S4.局部高频噪音消除，通过相邻的5个测点之间进行计算，其算术平均值的数值作为第三个测点上的对应采样点的幅值，通过算术平均消除随机的噪音的幅值；

S5.水平方向反射信号加强，水平背景去除小数水平方向的信号，显示局部的反射信号；

S6.低频干扰消除。

S1包括：

对于20兆天线，其周期T为T=1/F=1/20mhz=50ns，原始数据中一个周期内采集2个采样点即满足基本采样定理的需求，根据探测深度，增加采样点4倍并减小采样率，F代表雷达频率，即20兆天线。

S2包括：

地质雷达探测深度和时间窗口的关系如下式：

；

其中，v为地质雷达电磁波在冻土中传播的速度，c为地质雷达电磁波在空气中传播的速度，其大小为0.3m/ns，Er为冻土的介电行数，大小为4，z为电磁波探测对应的计算深度，t为电磁波在地下传播的时间，为双程时间。

S3包括：

对每道地质雷达剖面中的每个扫描道内的振幅进行指数增益调整，使得整个振幅的幅度在处理软件中位于归一化的之间。