無線電波透視資料處理技術(shù)展望范文

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國內(nèi)研究較多的是基于場強衰減系數(shù)變化的層析成像技術(shù)，根據(jù)各點采集到的場強值，利用代數(shù)重建技術(shù)(ART)和聯(lián)合迭代重建技術(shù)(SIRT)進行反演成像便可得到觀測區(qū)的衰減系數(shù)分布，從而分辨異常區(qū)域。衰減系數(shù)層析成像利用了電磁波信號強度的衰減差異，而信號的頻率域的信息卻被忽略了。近幾年，國外將無線電波透視信號的頻率和相位成分進行了研究，得到了質(zhì)心頻移層析成像技術(shù)和相位層析成像技術(shù)，與衰減系數(shù)層析成像相比，質(zhì)心頻移進行成像受幾何擴散、儀器響應(yīng)、天線耦合和發(fā)射源形式的影響較小，相位層析成像反演結(jié)果比衰減系數(shù)層析反演結(jié)果在分辨目標體幾何形狀方面更加可靠和準確。

質(zhì)心頻移層析成像技術(shù)

質(zhì)心頻移成像技術(shù)最先應(yīng)用于跨孔雷達的成像［3］。國內(nèi)劉廣亮、于師建等在頻域內(nèi)對信號質(zhì)心頻移進行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明質(zhì)心頻率向零點發(fā)生了明顯的漂移，驗證了質(zhì)心頻移理論的正確性［8］。可以看出fR為接收頻譜的質(zhì)心頻率,由式（7）看出fR的值比fs的值減小了,也可以說質(zhì)心頻率向頻率軸的零點漂移了。研究表明，在頻率域內(nèi)利用質(zhì)心頻移進行成像受幾何擴散、儀器的響應(yīng)、天線的禍合和發(fā)射源形式的影響較小［4］。質(zhì)心頻移層析成像需要記錄電磁場的波形變化，利用傅里葉變換將時間域的波形轉(zhuǎn)化到頻率域，然后再進行頻譜分析計算質(zhì)心頻率，但目前國內(nèi)現(xiàn)有的無線電波坑透儀器只能記錄接收到的電磁波強度，無法記錄波形，所以要想使質(zhì)心頻移技術(shù)真正應(yīng)用于實際生產(chǎn)，首先需要研制能記錄電磁波波形的坑透儀器。

相位層析成像技術(shù)

電磁波經(jīng)過斷層、剪切破碎帶、陷落柱等地質(zhì)異常區(qū)域時，其振幅衰減的同時相位也將發(fā)生改變。目前國內(nèi)層析成像軟件均基于電磁波場強衰減系數(shù)進行反演成像，而電磁波的相位的變化卻被忽視。相位層析成像在諸如美國、日本等發(fā)達國家都已經(jīng)實現(xiàn),但在包括我國在內(nèi)的許多國家對相位層析成像的研究還相當有限。國外已經(jīng)利用全波層析成像反演代碼實現(xiàn)了相位層析成像。全波層析成像算法不需要假設(shè)射線的傳播路徑為直線，并且能夠分辨異常區(qū)同時存在的多種異常體，這種算法需要準確測得電磁波的振幅和相位值。通過全波層析成像反演得到的圖像比通過ART算法反演得到的圖像分辨率更高，異常區(qū)邊界更加清晰準確［9］。研究表明,相位電磁波層析反演結(jié)果比衰減系數(shù)層析反演結(jié)果在分辨目標體幾何形狀方面更加可靠和準確［1］，所以對電磁波層析成像研究相對落后的我國來說,相位層析成像的研究尤其必要。

無線電波透視資料處理方法經(jīng)過幾十年的發(fā)展，由最開始的人工繪制平面交會圖發(fā)展到現(xiàn)在的計算機層析成像技術(shù)，其解釋的效率和準確性都有了很大的提高。尤其是層析成像技術(shù)的出現(xiàn)，使得無線電波透視資料處理結(jié)果更加形象直觀，便于解釋。利用電磁波場強衰減系數(shù)進行成像，是目前國內(nèi)使用最多的無線電波透視資料處理方法，這種方法經(jīng)過這些年的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，但由于受數(shù)據(jù)采集過程中各種干擾因素的影響，資料反演處理的結(jié)果在準確性和分辨率方面仍然需要提高。

質(zhì)心頻移層析成像和相位層析成像技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的新的層析成像方法，國外已經(jīng)取得了很多研究成果，并且已經(jīng)應(yīng)用于實際生產(chǎn)，國內(nèi)研究卻較少。質(zhì)心頻移進行成像受幾何擴散、儀器的響應(yīng)、天線的禍合和發(fā)射源形式的影響較小［8］，相位層析成像反演結(jié)果比衰減系數(shù)層析反演結(jié)果在分辨目標體幾何形狀方面更加可靠和準確。但這兩種方法要求無線電波透視儀器能夠記錄接收到的電磁波波形，相位層析成像還需要記錄初至波的相位，需要儀器的發(fā)射機和接收機能夠同步工作。目前國內(nèi)的無線電波透視儀器僅能記錄電磁波的場強值，所以今后要加大無線電波透視儀器的研發(fā)力度，同時要研制相應(yīng)的資料處理軟件。（本文作者：賈樹林單位：山西長治王莊煤業(yè)有限責(zé)任公司）