本發(fā)明涉及計(jì)算電磁學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于序列-序列的探地雷達(dá)介質(zhì)反演方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、探地雷達(dá)(ground?penetrating?radar，gpr)作為一種非侵入性電磁探測(cè)技術(shù)，目前已被廣泛應(yīng)用于淺地表勘探，通過(guò)向地下發(fā)送脈沖電磁波并接收反射回波信號(hào)，可以在不破壞地表結(jié)構(gòu)的前提下獲取地下物質(zhì)信息。電磁回波信號(hào)反演是探地雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)的核心，它是通過(guò)探地雷達(dá)接收器收到的回波信息定量估計(jì)目標(biāo)介質(zhì)或散射體位置、結(jié)構(gòu)及電性參數(shù)的成像技術(shù)。而現(xiàn)有的電磁回波信號(hào)反演技術(shù)，通常只專注于反演地下散射體，如樹根、灌溉管線的電性參數(shù)，忽略了背景介質(zhì)，如土壤的電性參數(shù)空間分布，導(dǎo)致最終的反演結(jié)果與實(shí)際情況存在差異。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于序列-序列的探地雷達(dá)介質(zhì)反演方法及系統(tǒng)。

2、本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于序列-序列的探地雷達(dá)介質(zhì)反演方法，包括：

4、通過(guò)雷達(dá)模擬器構(gòu)建目標(biāo)土壤區(qū)域，定義所述目標(biāo)土壤區(qū)域的土壤信息；所述土壤信息包括介電常數(shù)；

5、通過(guò)所述雷達(dá)模擬器構(gòu)建探地雷達(dá)，利用所述探地雷達(dá)對(duì)所述目標(biāo)土壤區(qū)域進(jìn)行土壤數(shù)據(jù)采集，得到土壤數(shù)據(jù)集；

6、將所述土壤數(shù)據(jù)集進(jìn)行拆解，得到多個(gè)回波數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)所述回波數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，得到每個(gè)所述回波數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)深信息；

7、對(duì)所述時(shí)深信息進(jìn)行零偏移除，得到零偏移除數(shù)據(jù)，對(duì)所述零偏移除數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，得到多個(gè)歸一化數(shù)據(jù)；每個(gè)所述歸一化數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)所述介電常數(shù)；

8、將每個(gè)所述歸一化數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的所述介電常數(shù)組成一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)，得到多個(gè)所述數(shù)據(jù)對(duì)；構(gòu)建改進(jìn)fanet網(wǎng)絡(luò)模型，利用所述數(shù)據(jù)對(duì)對(duì)所述改進(jìn)fanet網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到fanet反演模型；所述fanet反演模型的輸入為所述歸一化數(shù)據(jù)，所述fanet反演模型的輸出為與所述歸一化數(shù)據(jù)對(duì)于的所述介電常數(shù)；

9、利用所述fanet反演模型對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行反演，得到實(shí)測(cè)介電常數(shù)。

10、一種實(shí)施方式中，所述利用所述探地雷達(dá)對(duì)所述目標(biāo)土壤區(qū)域進(jìn)行土壤數(shù)據(jù)采集，得到土壤數(shù)據(jù)集，包括：

11、利用所述探地雷達(dá)的發(fā)射器對(duì)所述目標(biāo)土壤區(qū)域發(fā)射掃描波；

12、利用所述探地雷達(dá)的接收器接收所述掃描波對(duì)應(yīng)的反射波，根據(jù)所述反射波生成所述土壤數(shù)據(jù)集；所述土壤數(shù)據(jù)集包括b-scan數(shù)據(jù)。

13、一種實(shí)施方式中，所述將所述土壤數(shù)據(jù)集進(jìn)行拆解，得到多個(gè)回波數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)所述回波數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，得到每個(gè)所述回波數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)深信息，包括：

14、將所述b-scan數(shù)據(jù)拆解為多組a-scan數(shù)據(jù)，通過(guò)時(shí)深轉(zhuǎn)換將每個(gè)所述a-scan數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的空間位置轉(zhuǎn)換成時(shí)間信息，得到多個(gè)所述時(shí)深信息。

15、一種實(shí)施方式中，所述對(duì)所述時(shí)深信息進(jìn)行零偏移除，得到零偏移除數(shù)據(jù)，包括：

16、通過(guò)零偏移除公式對(duì)所述時(shí)深信息進(jìn)行零偏移除，得到所述零偏移除數(shù)據(jù)，所述零偏移除公式為：

17、

18、其中，t為所述a-scan數(shù)據(jù)的序列總長(zhǎng)，t為當(dāng)前時(shí)序，x′t為所述零偏移除數(shù)據(jù)，xt為所述時(shí)深信息。

19、一種實(shí)施方式中，所述對(duì)所述零偏移除數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，得到多個(gè)歸一化數(shù)據(jù)，包括：

20、利用tukey窗函數(shù)對(duì)所述零偏移除數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到窗函數(shù)：

21、

22、其中，α為窗函數(shù)的窗口大小控制變量；

23、將所述窗函數(shù)與所述b-scan數(shù)據(jù)相乘，得到乘積數(shù)據(jù)；

24、使用所述b-scan數(shù)據(jù)中的最大幅值，對(duì)所述乘積數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，得到所述歸一化數(shù)據(jù)：

25、

26、其中，為所述歸一化數(shù)據(jù)，為所述乘積數(shù)據(jù)，表示b-scan數(shù)據(jù)中的最大幅值。

27、一種實(shí)施方式中，所述構(gòu)建改進(jìn)fanet網(wǎng)絡(luò)模型，利用所述數(shù)據(jù)對(duì)對(duì)所述改進(jìn)fanet網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到fanet反演模型，包括：

28、構(gòu)建fanet網(wǎng)絡(luò)模型，在所述fanet網(wǎng)絡(luò)模型中引入傅里葉變換模塊，得到所述改進(jìn)fanet網(wǎng)絡(luò)模型；所述傅里葉變換模塊用于提取所述改進(jìn)fanet網(wǎng)絡(luò)模型輸入特征的頻率；

29、設(shè)置所述改進(jìn)fanet網(wǎng)絡(luò)模型的參數(shù)，利用所述數(shù)據(jù)對(duì)對(duì)所述改進(jìn)fanet網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，利用損失函數(shù)對(duì)所述改進(jìn)fanet網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行評(píng)估；

30、若所述損失函數(shù)大于或等于預(yù)設(shè)數(shù)值，則繼續(xù)訓(xùn)練，直到所述損失函數(shù)小于所述預(yù)設(shè)數(shù)值，則停止訓(xùn)練，得到所述fanet反演模型。

31、一種實(shí)施方式中，所述利用所述fanet反演模型對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行反演，得到實(shí)測(cè)介電常數(shù)，包括：

32、利用所述傅里葉變換模塊提取所述實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)集的頻率，得到頻率特征；

33、將所述頻率特征拆分為多個(gè)通道分支，得到特征序列；

34、利用哈達(dá)瑪積對(duì)所述特征序列進(jìn)行卷積處理，得到所述實(shí)測(cè)介電常數(shù)。

35、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于序列-序列的探地雷達(dá)介質(zhì)反演系統(tǒng)，包括：

36、構(gòu)建模塊，用于通過(guò)雷達(dá)模擬器構(gòu)建目標(biāo)土壤區(qū)域，定義所述目標(biāo)土壤區(qū)域的土壤信息；所述土壤信息包括介電常數(shù)；

37、采集模塊，用于通過(guò)所述雷達(dá)模擬器構(gòu)建探地雷達(dá)，利用所述探地雷達(dá)對(duì)所述目標(biāo)土壤區(qū)域進(jìn)行土壤數(shù)據(jù)采集，得到土壤數(shù)據(jù)集；

38、轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述土壤數(shù)據(jù)集進(jìn)行拆解，得到多個(gè)回波數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)所述回波數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，得到每個(gè)所述回波數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)深信息；

39、歸一化模塊，用于對(duì)所述時(shí)深信息進(jìn)行零偏移除，得到零偏移除數(shù)據(jù)，對(duì)所述零偏移除數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，得到多個(gè)歸一化數(shù)據(jù)；每個(gè)所述歸一化數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)所述介電常數(shù)；

40、訓(xùn)練模塊，用于將每個(gè)所述歸一化數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的所述介電常數(shù)組成一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)，得到多個(gè)所述數(shù)據(jù)對(duì)；構(gòu)建改進(jìn)fanet網(wǎng)絡(luò)模型，利用所述數(shù)據(jù)對(duì)對(duì)所述改進(jìn)fanet網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到fanet反演模型；所述fanet反演模型的輸入為所述歸一化數(shù)據(jù)，所述fanet反演模型的輸出為與所述歸一化數(shù)據(jù)對(duì)于的所述介電常數(shù)；

41、反演模塊，用于利用所述fanet反演模型對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行反演，得到實(shí)測(cè)介電常數(shù)。

42、本發(fā)明的實(shí)施例具有如下有益效果：

43、本發(fā)明提供的一種基于序列-序列的探地雷達(dá)介質(zhì)反演方法，通過(guò)雷達(dá)模擬器構(gòu)建目標(biāo)土壤區(qū)域和采集土壤數(shù)據(jù)集，并將土壤數(shù)據(jù)集進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換后，再利用fanet反演模型進(jìn)行反演，充分考慮了背景介質(zhì)的電性參數(shù)空間分布，有效地提高了介質(zhì)反演的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。

44、為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯和易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，做詳細(xì)說(shuō)明如下。

技術(shù)特征：

1.一種基于序列-序列的探地雷達(dá)介質(zhì)反演方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于序列-序列的探地雷達(dá)介質(zhì)反演方法，其特征在于，所述利用所述探地雷達(dá)對(duì)所述目標(biāo)土壤區(qū)域進(jìn)行土壤數(shù)據(jù)采集，得到土壤數(shù)據(jù)集，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于序列-序列的探地雷達(dá)介質(zhì)反演方法，其特征在于，所述將所述土壤數(shù)據(jù)集進(jìn)行拆解，得到多個(gè)回波數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)所述回波數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，得到每個(gè)所述回波數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)深信息，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于序列-序列的探地雷達(dá)介質(zhì)反演方法，其特征在于，所述對(duì)所述時(shí)深信息進(jìn)行零偏移除，得到零偏移除數(shù)據(jù)，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于序列-序列的探地雷達(dá)介質(zhì)反演方法，其特征在于，所述對(duì)所述零偏移除數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，得到多個(gè)歸一化數(shù)據(jù)，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于序列-序列的探地雷達(dá)介質(zhì)反演方法，其特征在于，所述構(gòu)建改進(jìn)fanet網(wǎng)絡(luò)模型，利用所述數(shù)據(jù)對(duì)對(duì)所述改進(jìn)fanet網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到fanet反演模型，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于序列-序列的探地雷達(dá)介質(zhì)反演方法，其特征在于，所述利用所述fanet反演模型對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行反演，得到實(shí)測(cè)介電常數(shù)，包括：

8.一種基于序列-序列的探地雷達(dá)介質(zhì)反演系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于序列?序列的探地雷達(dá)介質(zhì)反演方法及系統(tǒng)，該方法包括：構(gòu)建目標(biāo)土壤區(qū)域和探地雷達(dá)，利用探地雷達(dá)采集土壤數(shù)據(jù)集；將土壤數(shù)據(jù)集進(jìn)行拆解和時(shí)深轉(zhuǎn)換，得到時(shí)深信息；對(duì)時(shí)深信息進(jìn)行零偏移除和歸一化處理，得到多個(gè)歸一化數(shù)據(jù)；將每個(gè)歸一化數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的介電常數(shù)組成一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)，得到多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)；構(gòu)建改進(jìn)FANet網(wǎng)絡(luò)模型，利用數(shù)據(jù)對(duì)對(duì)改進(jìn)FANet網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到FANet反演模型；利用FANet反演模型對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行反演，得到實(shí)測(cè)介電常數(shù)。本發(fā)明對(duì)模擬土壤數(shù)據(jù)集進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，充分考慮了土壤的電性參數(shù)空間分布，利用時(shí)深轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練，提高了模型介質(zhì)反演的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。

技術(shù)研發(fā)人員：程曦,趙昀杰,李西貝,曹新宇,張澤宇,侯曉杰,趙冬梅,張?zhí)t
受保護(hù)的技術(shù)使用者：新疆慧爾智聯(lián)技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10