[發明專利]一種基于LASSO算法的探地雷達成像方法

在審

• 申請號: 202010915542.7
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112285702A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 段超然
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S13/89;G01S7/41;G06F30/23
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 張勵

本發明提供一種基于LASSO算法的探地雷達成像方法，包括以下步驟：S1：建立探地雷達全波形反演的真實模型；S2：基于真實模型進行正演運算并抽取道集，獲得觀測雷達數據；S3：建立探地雷達全波形反演的初始模型并設定反演終止精度；S4：基于初始模型進行正演運算并抽取道集，獲得初始理論雷達數據；S5：構建目標函數；S6：對模型更新量進行Curvelet變換，得到Curvelet域的目標函數S7：按頻率由低到高分尺度分組進行反演，得到每個頻率下對應的模型梯度g_k，步長a_k以及Curvelet域的模型更新量Δx_k；S8：更新模型；S9：基于新模型提取的數據計算目標函數值，并判斷反演結果是否滿足終止條件；S10：如不滿足終止條件，則更新模型，如滿足終止條件，則輸出最終反演結果，并對最終反演結果做Curvelet反變換得到模型更新量Δm；S11：更新模型m＝m₀+Δm得到最終的雷達參數反演結果。

技術領域

本發明涉及探地雷達成像技術，尤其涉及一種基于LASSO算法的探地雷達成像方法。

背景技術

探地雷達是進行淺表探測的重要手段之一，在公路水運、建筑工程、地災評估等眾多領域都發揮了重要作用。探地雷達通過激發超高頻短脈沖，并分析雷達波經過異常體后的走時信息和剖面連續性，識別繞射波和反射波特征，探地雷達具有可判斷異常體的存在、分布以及類型，具有高效、無損、實時成像和結果直觀等優點。

然而，探地雷達沒有經過反演就獲得了地下目標體的空間分布，無法保證其最終解譯結果的可靠性。城市的地下空間介質分布復雜多變，除去天然結構外還包含有多種管線、碎石，這些結構都可能導致雷達波的走時異常，因此，單純依靠共中心點速度分析判斷目標體的賦存狀態，其分辨率和可靠度并不高，進而降低了解譯結果的可信度。

如能利用雷達波反射回地面所攜帶的信息將地下介質進行參數化反演，從而刻畫介質的物性分布，則可得到更為具體的目標體形態和分布信息，使探測結果更加直觀、可靠，但是城市的地下淺表空間充斥著大量的人工結構，如管線、鋼筋等，這些結構使原本就很復雜的淺層空間變得更加復雜。雷達波在不同的結構處反射后可能會經歷一系列散射、繞射，最終可能導致不同結構對波場產生相同的影響，這也是造成雷達數據多解性的重要原因。對于雷達成像，人們往往會認為多一些信息能夠更好地描述地下介質，但在實際成像過程中，只有一部分數據對成像結果影響很大，而剩下的許多數據對于成像結果僅有很小的權重。如果對全部數據進行反演，無疑會加重反演的負擔，同時大量的數據中一定會包含有反演所不需要的、可以看作噪聲的其他信息，從而降低反演結果的可靠度。如果能將數據進行壓縮和提煉，不僅可以提高雷達成像的速率，同時還可以濾去部分噪聲，起到提高成像精度。

發明內容

本發明公開一種基于LASSO算法的探地雷達成像方法，解決了探地雷達沒有經過反演就獲得地下目標體的空間分布，無法保證其最終解譯結果可靠性的問題，將雷達波反演問題轉化為LASSO問題，通過合理壓縮數據提高雷達數據反演的效率和可信度。

為達到上述目的，本發明的技術方案具體是這樣實現的：

本發明公開一種基于LASSO算法的探地雷達成像方法，包括以下步驟：

S1：建立探地雷達全波形反演的真實模型；

S2：基于真實模型進行正演運算并抽取道集，獲得觀測雷達數據；

S3：建立探地雷達全波形反演的初始模型并設定反演終止精度；

S4：基于初始模型進行正演運算并抽取道集，獲得初始理論雷達數據；

S5：構建目標函數；

S6：對模型更新量進行Curvelet變換，得到Curvelet域的目標函數