1.一种基于衍射和成像与最小熵技术的探地雷达波速估计方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)输入探地雷达二维B扫描图像e(xi,tj),1≤i≤M,1≤j≤N,其中横坐标xi=i·Δx为水平位置,纵坐标tj=j·Δt为信号往返时间,M为道数,N为每道的数据样点数,Δx为采样的道间距,Δt为采样时间间隔;
(2)利用均值法对B扫描图像进行处理,去除地表直达波,如下所示:
其中e1(xi,tj)为去除地表直达波后的图像;
(3)对去除直达波后的图像,计算水平位置和时间两个方向的归一化能量,如下所示:
其中max(·)表示取最大值, 为水平位置方向的归一化能量, 时间方向的归一化能量,选择阈值对 和 进行处理,得到矩形目标感兴趣区域R为[xi min≤xi≤xi max,tj min≤tj≤tj max],其中,imin为水平位置的起始点坐标序号,imax为水平位置的终点坐标序号,jmin为时间的起始点坐标序号,jmax为时间的终点坐标序号;
(4)根据介质的特性,确定介电常数er取值范围er min≤εr≤εr max,由波速值v与介电常数εr的关系确定波速范围为:
(5)选择波速步进为Δv,对于波速范围内每一个波速值v,在目标感兴趣区域R内利用衍射和方法对图像进行处理,如下所示:
其中e2(xi,tj,v)为衍射和方法处理后图像,k为测量点(xk,0)的水平位置坐标序号,ti,j,k是电磁波从测量点(xk,0)到目标点(xi,tj)的来回时间,定义如下:
其中Ri,j,k为测量点(xk,0)到(xi,tj)的距离;
(6)对于波速范围内每一个波速值v,计算衍射和成像处理后的图像熵值Q(v),如下所示:
(7)选取最小熵值对应的衍射和成像为最佳成像e2(xi,tj,v)opt:
其中 表示当图像熵Q(v)取得最小值时,对应的衍射和成像结果e2(xi,tj,v)。
最佳成像e2(xi,tj,v)opt对应的波速为最佳波速:
其中 表示当图像熵Q(v)取得最小值时,对应的波速v。
2.根据权利要求1所述的基于衍射和成像与最小熵技术的探地雷达波速估计方法,其特征在于,所述步骤(3)中,目标感兴趣区域R的确定方法如下:i)分别确定水平位置方向归一化能量的阈值T1和时间方向归一化能量的阈值T2,如下所示:
其中max(·)表示取最大值,p1和p2分别为水平位置和时间方向归一化能量的阈值系数,一般取0
ii)对于水平位置方向的归一化能量 从位置零点开始,向后递推,将各位置点能量数据与阈值T1比较,取第一个大于阈值T1的数据坐标序号为起始点坐标序号imin,其对应的坐标为:
iii)对于水平位置方向归一化能量 从位置终点开始,向前递推,将各位置点能量数据与阈值T1比较,取第一个大于阈值T1的数据坐标序号为终点坐标序号i max,其对应的坐标为:
iv)对于时间方向归一化能量 从时间零点开始,向后递推,将各时间点能量数据与阈值T2比较,取第一个大于阈值T2的数据坐标序号为起始点坐标序号j min,其对应的坐标为:
v)对于时间方向归一化能量 从时间终点开始,向前递推,将各时间点能量数据与阈值T2比较,取第一个大于阈值T2的数据坐标序号为终点坐标序号jmax,其对应的坐标为:
vi)根据水平位置和时间两个方向的起始点和终点坐标,得到目标感兴趣区域R为矩形区域:[xi min≤xi≤xi max,tj min≤tj≤tj max] (18)。
3.根据权利要求1所述的基于衍射和成像与最小熵技术的探地雷达波速估计方法,其特征在于,所述步骤(5)中测量点(xk,0)的水平位置坐标序号k的取值范围为:
其中i为目标点(xi,tj)的水平位置坐标序号,取值范围为[i min,i max],id为衍射和算法水平位置范围坐标序号的阈值。
4.根据权利要求1所述的基于衍射和成像与最小熵技术的探地雷达波速估计方法,其特征在于,所述步骤(5)中Ri,j,k计算如下:
由此得到ti,j,k的计算式为:
将Δx和Δt代入式(21),得到目标点(xi,tj)分布的双曲线中,水平位置坐标序号k对应的时间坐标序号ji,j,k为: