[发明专利]一种在高阶时域算法下的电磁波三维逆时偏移成像方法

摘要

一种在高阶时域算法下的电磁波三维逆时偏移成像方法，涉及计算电磁学和宽带雷达探测。不仅适用于超宽带雷达的地下目标及隐蔽媒质区域勘查和数据采集成像，还广泛适用于地质勘探、道路勘察和穿墙成像等具体问题。利用三维高阶时域有限差分方法和超宽带雷达探测到的实验信号，得到超宽带雷达接收到的时域激励信号的正向场分布和超宽带雷达接收到的时域观测信号的逆向场分布。在满足逆时偏移成像条件的要求下，在理论上克服倾角限制，并且可实现精确成像。利用雷达信号对目标区进行逆时偏移成像模拟的数值仿真，可有效获得待测目标的动力学信息，相比传统电磁成像算法具有较高的成像分辨率优势，为获取待测目标的鉴定和参数反演打下坚实基础。

主权项

1.一种在高阶时域算法下的电磁波三维逆时偏移成像方法，其特征在于包括以下步骤：(1)确定超宽带雷达上各站天线的具体位置，并对超宽带雷达接收到的时域激励信号和时域观测信号进行逐一处理；(2)构建成像仿真的初始模型，确定初始区域的位置，对仿真环境的各媒质参数进行预设置；(3)对超宽带雷达接收到的时域激励信号进行正向的三维高阶FDTD模拟仿真，对电磁场分布进行逆时还原，进行预存储边界场的所有分布或以时间采样率存储边界场分布，时间从起始逐渐增加到最大成像时间为止；(4)对成像初始模型的仿真环境和参数重新设置，将超宽带雷达接收到的时域观测信号进行逆时处理，并进行三维高阶FDTD模拟仿真，时间从最大成像时间逐渐减少到起始时间为止；(5)在步骤(4)的运行过程中，对预存储边界场的所有分布进行逆时输入，或对以时间采样率存储边界场分布进行样条插值后逆时输入，实现正向场模拟过程时电磁场分布的逆时还原，时间也从最大成像时间逐渐减少到起始时间为止；(6)通过步骤(4)和步骤(5)，分别得到超宽带雷达接收到的时域观测信号产生的逆向场分布和超宽带雷达接收到的时域激励信号产生的正向场分布，逆向场分布与正向场分布满足RTM成像条件，其电场RTM成像结果和磁场RTM成像结果分别用公式表述如下：其中r表示成像区域上的位置向量，t表示RTM成像仿真中的时刻点，T_max表示RTM成像仿真中的最大时刻点，E_T表示超宽带雷达接收到的时域激励信号对应正向场的电场分布，H_T表示超宽带雷达接收到的时域激励信号对应正向场的磁场分布，E_R表示超宽带雷达接收到的时域观测信号对应逆向场的电场分布，H_R表示超宽带雷达接收到的时域观测信号对应逆向场的磁场分布；(7)RTM成像涉及到多站天线实行轮换发射和轮换接收的情况，根据超宽带雷达在实际操作时的多站收发设计要求，重复步骤(2)～(6)，并将新生成的成像结果I_E和I_H分别与上一次计算的成像结果I_E和I_H进行叠加处理；(8)由于成像区域中复杂多变的物体结构以及成像物体间的能量来回反射，RTM成像结果I_E和I_H存在噪声信号，所述噪声信号导致对待测目标的误判，当超宽带雷达中的各站天线完成成像后，获得最后的RTM成像结果I_E和I_H，进行三维信息上的滤波和去噪处理，采用三维拉普拉斯滤波方法，有效地改善成像效果，输出成像图像。