專利名稱：一種合成孔徑地層層析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海底地層探測、海洋勘察新技術(shù)領(lǐng)域，主要是一種合成孔徑地層層析方法。
背景技術(shù)：
海洋中蘊(yùn)含豐富的礦物資源，了解海底地層結(jié)構(gòu)對于海洋勘察(探石油、天然氣等)相當(dāng)重要；同時(shí)海洋也是我們進(jìn)行各種海事活動的平臺，了解海底地層結(jié)構(gòu)對于海洋工程(修建海岸碼頭、海提平臺；海底管道鋪設(shè)、隧道開通等)、海底威脅探測(海底火山分布結(jié)構(gòu)，掩埋雷布置等)都至關(guān)重要。海底地層層析是通過相應(yīng)的方法、手段來了解海底地層沉積層序、地層層理特征的一門地質(zhì)分析技術(shù)。當(dāng)前最常用的是進(jìn)行鉆探、取樣分析來獲取地層信息，但由于海洋復(fù)雜情況，發(fā)射低頻穿透聲波、進(jìn)行回波反演則是大范圍海底地層層析最好方法。目前在國際上尚無成熟的海底地層層析系統(tǒng)，應(yīng)用比較普遍的是淺剖系統(tǒng)，淺剖系統(tǒng)面臨著走航維成像分辨力不足問題，對一些小目標(biāo)或者細(xì)致地層紋理無法分辨，因此實(shí)現(xiàn)海底地層層析的關(guān)鍵是要突破成像分辨力限制。在本發(fā)明創(chuàng)新中采用合成孔徑技術(shù)進(jìn)行海底地層層析，以提高其在走航維的分辨力，同時(shí)在合成孔徑處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行分層二維前向歸一化后置處理以進(jìn)一步解決界面模糊問題并提高地層分辨力。把合成孔徑技術(shù)應(yīng)用海底地層層析處理目前在國際上尚屬于首例，有很多關(guān)鍵問題需要解決。如地層中聲速是變化問題，聲波在分層之間穿透時(shí)折射問題，以及合成孔徑地層層析引起的海水、海底分界面模糊問題等，這些因素都將影響合成孔徑的增益輸出。解決這些關(guān)鍵問題將有力推進(jìn)合成孔徑技術(shù)應(yīng)用范圍，創(chuàng)造性地使其從傳統(tǒng)的探測地形、地貌領(lǐng)域擴(kuò)展至地層層析領(lǐng)域。合成孔徑地層層析技術(shù)，首先通過低頻寬帶信號脈沖壓縮處理獲得深度維高分辨力，及足夠的地層穿透性能；然后對不同分層數(shù)據(jù)應(yīng)用不同聲速進(jìn)行合成孔徑處理獲得走航維高分辨力；最后通過分層二維前向歸一化后置處理進(jìn)一步提高海底地層分辨力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了克服上述技術(shù)的不足，而提供一種合成孔徑地層層析方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案這種合成孔徑地層層析方法，包括步驟如下(1)、獲取地層回波信號發(fā)射低頻寬帶信號，采用線性調(diào)頻信號帶寬為1 15kHz，獲得的分層界面反射回波進(jìn)行通過全頻段匹配濾波處理；(2)、合成孔徑地層層析采用聲陣垂直向下寬波束發(fā)射/接收的工作方式，對于地層回波合成孔徑處理，同一時(shí)刻接收一個(gè)立體的圓弧波陣面的回波，在信號處理方法上采用常規(guī)合成孔徑算法進(jìn)行合成孔徑聚焦波束形成處理；(3)、分層合成孔徑處理應(yīng)用底跟蹤方法將回波數(shù)據(jù)分為海水和海底兩個(gè)部分，然后根據(jù)對海水、海底數(shù)據(jù)應(yīng)用對應(yīng)的聲速值進(jìn)行合成孔徑處理，以提高地層層析分辨力；(4)、在合成孔徑處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行分層二維前向歸一化后置處理；針對海水、海底分別進(jìn)行歸一化處理，解決不同深度的海底地層回波衰減很快問題，同時(shí)初步抑制了由于合成孔徑處理而引起的界面模糊問題，并提高地層分辨力，突顯地層層析效果。作為優(yōu)選，采用組合發(fā)射換能器，采用順序發(fā)射方式一組換能器先發(fā)射 lkHz-5kHz的LFM信號，發(fā)射時(shí)間約占總脈寬的1/3 ；緊接著另一組換能器發(fā)射5kHz-15kHz 的LFM信號，發(fā)射時(shí)間約占總脈寬的2/3。作為優(yōu)選，采用為時(shí)延聚焦合成孔徑處理方法，即把匹配濾波后數(shù)據(jù)用離散形式表示ss (n, m), m, η分別表示走航維樣本點(diǎn)和深度維樣本點(diǎn)(m = 1,2,…M ;n = 1，2，... N)，則圖像輸出
權(quán)利要求
1.一種合成孔徑地層層析方法，其特征是包括步驟如下(1)、獲取地層回波信號發(fā)射低頻寬帶信號，采用線性調(diào)頻信號帶寬為1 15kHz，獲得的分層界面反射回波進(jìn)行通過全頻段匹配濾波處理；(2)、合成孔徑地層層析采用聲陣垂直向下寬波束發(fā)射/接收的工作方式，對于地層回波合成孔徑處理，同一時(shí)刻接收一個(gè)立體的圓弧波陣面的回波，在信號處理方法上采用常規(guī)合成孔徑算法進(jìn)行合成孔徑聚焦波束形成處理；(3)、分層合成孔徑處理應(yīng)用底跟蹤方法將回波數(shù)據(jù)分為海水和海底兩個(gè)部分，然后根據(jù)對海水、海底數(shù)據(jù)應(yīng)用對應(yīng)的聲速值進(jìn)行合成孔徑處理；(4)、針對海水、海底分別進(jìn)行歸一化處理，即在合成孔徑處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行分層二維前向歸一化后置處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑地層層析方法，其特征是采用組合發(fā)射換能器，采用順序發(fā)射方式一組換能器先發(fā)射lkHz-5kHz的LFM信號，發(fā)射時(shí)間約占總脈寬的1/3 ； 緊接著另一組換能器發(fā)射5kHz-15kHz的LFM信號，發(fā)射時(shí)間約占總脈寬的2/3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑地層層析方法，其特征是采用為時(shí)延聚焦合成孔徑處理方法，即把匹配濾波后數(shù)據(jù)用離散形式表示ss (n, m),m,n分別表示走航維樣本點(diǎn)和深度維樣本點(diǎn)(m= 1，2，-M;n = 1,2,…N)，則圖像輸出 、
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成孔徑地層層析方法，其特征是將地層回波中海水?dāng)?shù)據(jù)和海底數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，對其應(yīng)用不同聲速值進(jìn)行合成孔徑處理； 底跟蹤處理將海水、海底數(shù)據(jù)分離 獲得匹配濾波后數(shù)據(jù)能量并短時(shí)積分
全文摘要
本發(fā)明是一種合成孔徑地層層析方法，首先通過低頻寬帶信號脈沖壓縮處理獲得深度維高分辨力，及足夠的地層穿透性能；然后針對海水、海底分層數(shù)據(jù)應(yīng)用不同聲速進(jìn)行合成孔徑處理獲得走航維高分辨力；最后通過分層二維前向歸一化后置處理解決界面模糊問題并進(jìn)一步提高海底地層分辨力。本發(fā)明有益的效果是本技術(shù)發(fā)明成功地把合成孔徑技術(shù)應(yīng)用到地層層析領(lǐng)域。本發(fā)明中采用不同分層數(shù)據(jù)應(yīng)用不同聲速的合成孔徑處理方法進(jìn)行海底地層層析，以提高地層層析系統(tǒng)在走航維的分辨力；同時(shí)在合成孔徑處理的基礎(chǔ)上進(jìn)行分層二維前向歸一化后置處理以進(jìn)一步解決界面模糊問題并提高地層分辨力。
文檔編號G01S15/89GK102183766SQ201110032980
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者叢衛(wèi)華, 劉鵬, 周利生, 張峰山, 朱必波, 王偉, 章靈祥 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所