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地震波逆散射成像技术潜力展望

中国石油勘探 2006年第4期11卷 61-66,79页

作者：徐基祥王平林蓓中国石油勘探开发研究院北京100083

随着对地下非均匀介质认识的不断深入和计算机能力的不断提高,地震波成像技术不断取得进展,在复杂构造区域,尤其是低信噪比地震资料区,传统的反射波勘探遇到明显挑战。这种情况下,散射地震勘探技术可能是未来技术发展的一种方向,逆散射... 详细信息

随着对地下非均匀介质认识的不断深入和计算机能力的不断提高,地震波成像技术不断取得进展,在复杂构造区域,尤其是低信噪比地震资料区,传统的反射波勘探遇到明显挑战。这种情况下,散射地震勘探技术可能是未来技术发展的一种方向,逆散射成像技术将发挥其核心作用,尤其在近地表散射噪声分离、不均匀介质速度分析和复杂构造成像等方面将有所作为。从概念、理论和方法等方面对逆散射成像方法进行介绍,重点展望它在复杂构造成像等方面的潜力,为散射地震勘探的实现提供前期技术储备。

关键词：逆散射成像地震波成像复杂构造散射地震勘探

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超宽带穿透矿井塌方体的逆散射成像算法

黑龙江科技大学学报 2017年第3期27卷 260-264,292页

作者：郭继坤赵清黑龙江科技大学电气与控制工程学院哈尔滨150022

超宽带信号经发射天线穿透塌方体,对井下目标进行成像。信号遇到不同组分的介质后发生反射效应,回波信号中掺杂了各种散射的杂波信号,导致无法准确成像。为了获取塌方体后目标物的电磁特性参数,提出了一种基于Born近似的逆散射成像算法... 详细信息

超宽带信号经发射天线穿透塌方体,对井下目标进行成像。信号遇到不同组分的介质后发生反射效应,回波信号中掺杂了各种散射的杂波信号,导致无法准确成像。为了获取塌方体后目标物的电磁特性参数,提出了一种基于Born近似的逆散射成像算法。在该算法下,井下成像区域的塌方体介质电磁特性情况可以通过对目标物外部的电磁场进行反演获得,再将获取的电磁场参数进行Born近似化处理,从而推断出井下目标物的位置和形状等信息。仿真实验表明:在塌方体背景介质电导率极小时,该算法可以对目标物相关信息进行较为准确的重建;当塌方体介质电导率较大时,可以判断目标存在性问题。

关键词：超宽带煤矿井下 Born近似逆散射成像

基于非视距雷达三维成像的隐藏目标精确重构方法

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雷达学报（中英文） 2024年第4期13卷 791-806页

作者：蔡响韦顺军文彦博胡江波王谋师君崔国龙电子科技大学信息与通信工程学院成都611731

非视距(NLOS)三维成像雷达是一种利用多径散射回波探测隐藏目标的新技术,但存在多路径回波分离、孔径遮蔽缩减、反射面相位误差等问题,传统视距雷达三维成像方法难以实现非视距隐藏目标的高精度成像。为此,该文提出了一种基于迭代稀疏... 详细信息

非视距(NLOS)三维成像雷达是一种利用多径散射回波探测隐藏目标的新技术,但存在多路径回波分离、孔径遮蔽缩减、反射面相位误差等问题,传统视距雷达三维成像方法难以实现非视距隐藏目标的高精度成像。为此,该文提出了一种基于迭代稀疏重构的非视距隐藏目标三维成像雷达精确成像方法(NSIR)。在该方法中,首先构建非视距毫米波雷达三维成像的多径信号模型,利用视距/非视距回波特性,通过模型驱动方法提取非视距隐藏目标的多路径回波,实现视距/非视距回波信号的分离;其次,构建耦合多径反射面相位误差的全变分多约束隐藏目标重构优化问题,利用分裂Bregman全变分(TV)正则化算子和最小均方误差的相位误差估计准则,联合求解多约束最优化问题,实现非视距目标的精确成像及轮廓重构。最后,搭建平面扫描的三维成像雷达试验平台,完成了拐角非视距场景下刀具、铁架等目标的实验验证,验证了非视距毫米波三维成像雷达隐匿目标探测能力及该文方法的有效性。

关键词：非视距成像雷达三维成像多径散射逆散射成像稀疏重构

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多采样率地震勘探技术(MrSET)探讨

地球物理学报 2024年第3期67卷 1169-1180页

作者：倪宇东姜福豪邹雪峰蓝益军柳兴刚门哲许银坡中国石油东方地球物理公司涿州072751

时间采样以及空间采样问题是地震勘探基本问题,空间采样方式包括规则采样、非均匀(非规则)采样、随机采样等.从地震波场的带限性、空间域非均匀性、地下构造多样性出发,提出多采样率地震勘探技术(MrSET),尝试组合不同空间采样方式.多采... 详细信息

时间采样以及空间采样问题是地震勘探基本问题,空间采样方式包括规则采样、非均匀(非规则)采样、随机采样等.从地震波场的带限性、空间域非均匀性、地下构造多样性出发,提出多采样率地震勘探技术(MrSET),尝试组合不同空间采样方式.多采样率地震勘探观测系统设计一般应满足5项准则,探讨了多采样率数据处理基本方法,并以合成数据和实际数据的处理效果为基础,总结了多采样率地震勘探技术的7个方面优势.在相同道密度前提下,与规则采样相比,多采样率地震勘探技术更能满足复杂地震波场、弱能量绕射波与散射波充分采样的需要,是一项能提高反射地震数据成像精度的地震勘探技术,经过进一步研究将有巨大潜力成为(陆上、海洋)节点地震勘探时代常规技术.

关键词：规则采样随机采样非均匀(非规则)采样多采样率采样逆散射成像数据重构

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基于胶囊内窥镜的胃部肿瘤检测方法

物理学报 2016年第19期65卷 56-61页

作者：陈功张业荣南京邮电大学电子科学与工程学院南京210003

为准确快速地检测胃部肿瘤,提出将信号发射源放置于胶囊内窥镜中,运用时域有限差分法建立胃部的全电磁场模拟模型.首先通过该电磁场模型产生精确的人体胃部雷达数据,然后将雷达仿真数据代入BP(后向投影)算法中进行电磁逆散射计算成像.... 详细信息

为准确快速地检测胃部肿瘤,提出将信号发射源放置于胶囊内窥镜中,运用时域有限差分法建立胃部的全电磁场模拟模型.首先通过该电磁场模型产生精确的人体胃部雷达数据,然后将雷达仿真数据代入BP(后向投影)算法中进行电磁逆散射计算成像.成像算法必须考虑人体中各个组织器官对电磁波传播的影响:电磁波在穿越人体时会有反射、折射和漫射现象,传播速率减慢,所携带的能量也有所减弱,这些因素最终会导致像的偏移,乃至产生虚像.通过迭代法算出准确的电磁波传播路径,对成像算法中的时间元素进行修正,可以有效地抑制像的偏移.结果证明:基于胶囊内窥镜的超宽带雷达能准确地呈现二维胃部模型中的肿瘤的位置和尺寸.

关键词：时域有限差分后向投影算法逆散射成像

提高0.14THz雷达成像质量的新方法(英文)

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红外与激光工程 2014年第9期43卷 2912-2918页

作者：江舸成彬彬杨陈蔡英武张健中国工程物理研究院电子工程研究所绵阳四川621900 中国工程物理研究院太赫兹中心绵阳四川621900

目前,国际上多个科研小组相继开展了太赫兹逆散射成像方面的研究,已开发出多个太赫兹逆散射成像系统。其电磁散射模型及成像处理方式多借鉴于其他辐射源已经成熟的研究成果,例如:雷达目标散射中心模型及ISAR/SAR,Born/Rytov近似模型及... 详细信息

目前,国际上多个科研小组相继开展了太赫兹逆散射成像方面的研究,已开发出多个太赫兹逆散射成像系统。其电磁散射模型及成像处理方式多借鉴于其他辐射源已经成熟的研究成果,例如:雷达目标散射中心模型及ISAR/SAR,Born/Rytov近似模型及层析成像。但上述方法直接应用于太赫兹波段将导致成像质量的下降。首先简要介绍了太赫兹雷达成像和太赫兹层析成像之间的关系,在分析两种成像方法特点的基础上,重点研究了大孔径、大带宽条件下的太赫兹逆散射成像,提出了一种基于Range-Doppler算法的改进成像方法。最后,利用该方法对中物院研制的0.14 THz雷达样机实验数据进行成像,并给出了典型目标的成像结果,验证了新成像方法的有效性。

关键词：太赫兹成像逆/合成孔径雷达成像层析成像逆散射成像

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最小二乘叠前深度偏移成像理论与方法

石油物探 2017年第2期56卷 159-170页

作者：王华忠胡江涛郭颂波现象与反演成像研究组（WPI）同济大学海洋与地球科学学院上海200092 油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都理工大学四川成都610059

地震波成像的目的首先是定位反射界面或散射点的空间位置,描述地下地质体的几何结构;然后是估计地下介质的物性参数,主要是与速度和密度相关的参数;最终是与岩石物理结合描述含油气储层。以地震波传播的散射场表达以及逆散射成像为切入... 详细信息

地震波成像的目的首先是定位反射界面或散射点的空间位置,描述地下地质体的几何结构;然后是估计地下介质的物性参数,主要是与速度和密度相关的参数;最终是与岩石物理结合描述含油气储层。以地震波传播的散射场表达以及逆散射成像为切入点,首先给出散射波的表达形式,讨论了逆散射成像的本质与逆散射成像所需要的叠前地震观测数据及对应的观测方式;然后给出一般的线性化最小二乘叠前深度偏移(Least-squares Prestack Depth Migration,LS_PSDM)基本理论框架,只要能给出用Green函数计算的波传播算子,就可以实现线性化的LS_PSDM;接着讨论了当前广受关注的最小二乘逆时深度偏移(Leastsquares Reverse Time Migration,LS_RTM)方法,给出了最小二乘偏移成像的迭代实现方法和保反射界面结构的总变差正则化方法以及数值结果;最后分析了基于反射波估计反射系数的成像方法和基于散射波估计散射强度的成像方法的差异,指出针对勘探地震介质特征和波场特征的成像方法是最具实用性的方法,逆散射成像应该在此基础上进行。基于散射波的成像方法能否满足储层描述的要求,有待进一步研究工作的检验。

关键词：散射场表达逆散射成像反射波成像最小二乘叠前深度偏移全波形反演

基于透射型超表面的OAM天线设计及其应用研究

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基于透射型超表面的OAM天线设计及其应用研究

作者：刘李兴华中科技大学

学位级别：硕士

携带轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)的OAM波束是一种特殊的电磁波,其相位分布在空间中呈螺旋状。与平面波相比,OAM波除了可以在时域、频域和极化域上携带信息,还为信息调制提供了新的自由度。OAM波的优异特性使得其在无线通... 详细信息

携带轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)的OAM波束是一种特殊的电磁波,其相位分布在空间中呈螺旋状。与平面波相比,OAM波除了可以在时域、频域和极化域上携带信息,还为信息调制提供了新的自由度。OAM波的优异特性使得其在无线通信、雷达成像、运动目标探测等领域展示出了极高的应用价值,吸引了学者的广泛关注。本文围绕OAM波的产生、多普勒探测原理以及逆散射成像等方面展开了深入研究,主要工作包括:目前已有众多产生OAM波的方法,但如何产生小发散角、高纯度的OAM波束仍然是一个很大的挑战。针对这一问题,本文首先基于超表面波束调控的原理,设计了可以产生OAM波束的透射型超表面天线。在此基础上,完成了天线的仿真和实验测试,仿真与实验结果表明,该天线产生的OAM波束具有模式纯度高、波束发散角小等特点。接着,着重研究了非理想情况下的旋转多普勒效应,推导了OAM波雷达的回波方程,指出OAM波雷达引入的角多普勒频移,可以解决平面波雷达在探测旋转目标时存在的“盲区”问题。针对慢速旋转目标,分析了OAM波相位中心与物体旋转中心不重合的情况,利用所设计的OAM天线完成了角速度的测量,测量误差能够控制在1%以内。这些结果表明,在旋转目标的探测上,OAM波探测技术能够与现有的平面波探测技术形成互补,提高了雷达获取目标信息的能力。最后,基于OAM波的相位特性,本文初步探索了OAM波在逆散射成像方面的应用。在OAM波逆散射成像模型的基础上,采用Tikhonov正则化方法对线性化后的成像方程进行了求解,讨论了模式纯度对成像质量的影响。仿真结果表明,OAM波的模式纯度越高,成像的质量越好。因此,设计产生高纯度OAM波的天线对逆散射成像的发展有着积极意义。

关键词： OAM波超表面多普勒效应逆散射成像

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基于稀疏约束的电磁场逆成像算法研究

基于稀疏约束的电磁场逆成像算法研究

作者：莫仲念南昌大学

学位级别：硕士

关于逆问题的研究由来已久,在许多领域中都存在着逆问题。逆问题的研究同样存在于电磁散射中,电磁逆散射技术是获得散射体电性能参数和几何特性的最重要手段之一。由于其对探测目标的无接触无损特性,如今已在雷达定位、军事侦察、微波... 详细信息

关于逆问题的研究由来已久,在许多领域中都存在着逆问题。逆问题的研究同样存在于电磁散射中,电磁逆散射技术是获得散射体电性能参数和几何特性的最重要手段之一。由于其对探测目标的无接触无损特性,如今已在雷达定位、军事侦察、微波遥感、生物医学诊断和成像等领域得到广泛应用。电磁场逆散射技术是利用被测物体外部的散射场数据和电磁逆散射模型,重构目标的几何形状、位置、边界和电性能参数在空间的分布情况。本文主要内容是电磁场逆散射算法研究。在第二章中通过建立分析电磁逆散射问题的基本模型进而获得两个基本方程。主要详细介绍了对比源反演方法、子和空间优化算法的流程并简要介绍这两种方法的异同之处。最后通过理论和数值结果分析对比源反演方法和子空间优化算法各自优缺点。其次在研究电磁非线性逆散射成像方法时,先验信息的缺失将导致非线性的逆散射方法的计算代价和待重构空间维数过高。通常来说线性逆散射算法在反演散射体个数和所处区域位置的计算代价比非线性逆散射算法低得多。有鉴于此本文提出一种非线性方法与线性方法相结合的混合非线性成像方法。通过混合非线性成像方法和相对应的非线性方法成像效果进行对比,从而验证混合成像方法的有效性。本文提出一种基于稀疏约束的非线性逆散射成像方法。该方法散射场的基本方程为二阶玻恩近似方程,并把方程写成一种新颖的算符形式,该方程的非线性通过不精确牛顿方案解决。不精确牛顿方案所获得的微分方程是一个病态方程,需利用稀疏正则化方法来解决病态性,然后构建一个由数据误差项和惩罚项所组成的目标函数。通过截断和阀值Landweber迭代法实现目标函数的最小化和重构解的稀疏性。该方法的重构结果不仅准确而且成像效果非常清晰。在最后本文给出该算法的成像结果并与其他算法进行对比分析,以证明方法的有效性。

关键词：稀疏约束逆散射成像二阶玻恩近似子空间优化不精确牛顿法