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探地雷达三维时间域双参数全波形反演
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作者 冯德山 方正扬 +7 位作者 李冰超 陈程 李电波 陶啸 蔡立琼 邰晓勇 刘硕 王珣 《地球物理学报》 北大核心 2025年第8期2894-2910,共17页
探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)作为电磁无损探测的新兴技术,在浅部工程勘探领域得到广泛应用.传统二维GPR存在数据采集效率低、覆盖不全及缺乏三维空间信息等不足,三维GPR能够有效克服这些问题.随着三维GPR的普及,对高精度三... 探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)作为电磁无损探测的新兴技术,在浅部工程勘探领域得到广泛应用.传统二维GPR存在数据采集效率低、覆盖不全及缺乏三维空间信息等不足,三维GPR能够有效克服这些问题.随着三维GPR的普及,对高精度三维数据处理的需求也愈发迫切.三维GPR数据的全波形反演(Full Waveform Inversion,FWI)能够精细描绘地下构造与异常体,是重构复杂地质结构及预测异常体特性的重要工具.鉴于此,深入开展三维GPR的FWI研究至关重要.然而,三维频率域FWI面临求解超大型方程组的挑战,计算难度大.本文通过引入参数归一化、随机源策略和全变差(Total Variation,TV)正则化方法,有效解决了三维反演目标函数的强非线性、反演效率低下及反演伪像问题,首次实现了时间域地表GPR数据的三维双参数(介电常数和电导率)FWI.两个模型合成数据的反演结果表明,该方法能够对复杂地下结构进行三维成像,其中随机源策略显著缩短了计算时间,TV正则化则提升了三维反演成像的精度.此外,介电常数与电导率的双参数三维反演相互验证,提供了更丰富的信息约束,有助于更准确地识别探测对象属性,为地质解译提供更明确的推断依据. 展开更多
关键词 探地雷达 时间域 三维全波形反演 双参数
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一种基于差分进化算法的激光雷达波形分解算法 被引量:2
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作者 黄泽东 朱少岚 +2 位作者 赵意意 陶金有 杨建峰 《光子学报》 北大核心 2025年第3期80-93,共14页
全波形激光雷达的探测精度一定程度上依赖于波形分解精度,而目前常用的波形分解方法存在对初值敏感,分解稳定性不足等问题。针对这一现象,提出了差分进化Levenberg-Marquardt波形分解优化算法:以高斯函数为分解模型,经预处理获取参数初... 全波形激光雷达的探测精度一定程度上依赖于波形分解精度,而目前常用的波形分解方法存在对初值敏感,分解稳定性不足等问题。针对这一现象,提出了差分进化Levenberg-Marquardt波形分解优化算法:以高斯函数为分解模型,经预处理获取参数初值后,首先使用差分进化算法进行初步优化,其次使用Levenberg-Marquardt优化算法对优化结果进行改善。通过理论分析验证其分解精度高的特点,并采集实际激光雷达数据进行处理,结果证明,所提方法能在一定程度上改善波形分解对于初值敏感、分解精度不稳定等问题,有效提高激光雷达波形分解的精度和稳定性。 展开更多
关键词 全波形激光雷达 波形分解 差分进化 LEVENBERG-MARQUARDT算法 参数优化
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高铁震源合成数据的频率域弹性波全波形反演 被引量:1
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作者 王浩 陈景波 《地球物理学报》 北大核心 2025年第4期1430-1443,共14页
高铁震源性质稳定,重复性好,能够产生强能量且强规律性的振动信号,开展高铁震源的全波形反演具有广阔前景.运行在高架桥上的高铁载荷通过一系列离散的桥墩激发地震波.若将单个桥墩视为点震源,则高铁震源问题可转化为延迟激发的多源问题... 高铁震源性质稳定,重复性好,能够产生强能量且强规律性的振动信号,开展高铁震源的全波形反演具有广阔前景.运行在高架桥上的高铁载荷通过一系列离散的桥墩激发地震波.若将单个桥墩视为点震源,则高铁震源问题可转化为延迟激发的多源问题.基于对高铁震源激发过程的分析,我们尝试利用高铁地震信号开展频率域弹性波全波形反演,重建高铁沿线近地表的P波和S波速度参数.高铁震源的频率域弹性波正演是反演的基础,其计算过程最终会归结为大型线性方程组的求解.本文首先通过改变线性方程组右端震源项给出相应于高铁震源的离散表达,从而为高铁震源的频率域全波形反演提供正演引擎.并以此为基础,搭建出高铁震源的频率域弹性波全波形反演理论框架.结合L-BFGS算法和分频多尺度策略,本文测试了简单双层模型和复杂overthrust模型的数值例子,验证了高铁震源频率域弹性波全波形反演的有效性,有力地推动了利用高铁震源进行地震成像的实际应用. 展开更多
关键词 高铁震源 全波形反演 频率域 弹性波 合成数据
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高铁地震数据瑞雷面波全波形反演浅地表速度建模 被引量:1
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作者 王磊 任志明 包乾宗 《地球物理学报》 北大核心 2025年第4期1444-1456,共13页
利用高铁地震数据进行浅地表成像可服务于地下路基监测和工程建设等重大需求.高铁地震数据存在波模式复杂(纵波、横波、面波、噪声等)和多震源串扰问题,将不同类型波场分离和不同震源波场解耦都较为困难.高铁地震数据中面波能量占主导.... 利用高铁地震数据进行浅地表成像可服务于地下路基监测和工程建设等重大需求.高铁地震数据存在波模式复杂(纵波、横波、面波、噪声等)和多震源串扰问题,将不同类型波场分离和不同震源波场解耦都较为困难.高铁地震数据中面波能量占主导.本文直接采用高铁地震数据中的瑞雷面波进行全波形反演获取浅地表的纵横波速度结构.通过对高铁激发地震波的过程进行简化构建了震源函数,实现了高架桥上单趟列车激发的高铁地震数据瑞雷面波模拟,建立了基于模拟与观测数据残差的极小化目标函数,给出了与面波相关的模型参数梯度/敏感核提取方法,基于高铁地震数据的窄带分立谱特征选取合适的频率成分实现了瑞雷面波多尺度全波形反演.干净和含噪理论数据测试结果表明,高铁地震数据瑞雷面波全波形反演均可得到合理的纵横波速度模型,具有实现浅地表地质结构高精度探测的潜力. 展开更多
关键词 高铁地震数据 全波形反演 瑞雷面波 浅地表成像 多尺度反演
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基于声波―黏弹性波流固耦合方程的多参数全波形反演
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作者 刘光照 毛士博 +3 位作者 宋鹏 谭军 赵波 姜秀萍 《石油地球物理勘探》 北大核心 2025年第3期700-709,共10页
海洋地震勘探其地震波传播环境为包含流体(上层海水)与固体(下层海底之下岩层)的耦合介质,基于流固耦合方程可高精度的模拟海洋地震勘探中的地震波传播规律,然而当前流固耦合方程大多基于声波和弹性波方程,忽略了固体当中品质因子导致... 海洋地震勘探其地震波传播环境为包含流体(上层海水)与固体(下层海底之下岩层)的耦合介质,基于流固耦合方程可高精度的模拟海洋地震勘探中的地震波传播规律,然而当前流固耦合方程大多基于声波和弹性波方程,忽略了固体当中品质因子导致的频率耗散效应。文中基于声波方程和黏弹性波方程,将压力分量与正应力的关系引入黏弹性波方程中,构建了声波─黏弹性波耦合方程,并在此基础上实现了声波─黏弹性波耦合方程的多参数全波形反演。模型实验结果表明,基于声波─黏弹性波耦合方程的多参数全波形反演由于充分考虑了地震波传播中的频率耗散效应,对于速度等参数模型的反演精度明显优于声波─弹性波耦合方程的反演结果,在实际OBN数据全波形反演中有着良好的应用前景。 展开更多
关键词 全波形反演 黏弹性波 流─固耦合方程 多参数
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基于相干属性的衍射波前驱动探地雷达反演
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作者 何润 张彬 +2 位作者 张豪 吕乐 戴前伟 《地球物理学报》 北大核心 2025年第11期4444-4461,共18页
全波形反演(Full Waveform Inversion,FWI)是探地雷达(GPR)物性反演和宏观成像的重要手段,依赖剖面数据的全波场信息,构建模型正演剖面与采集的全波场剖面的残差目标函数.在FWI过程中,受限于记录的电磁衍射波前与反射波前的传播机理差异... 全波形反演(Full Waveform Inversion,FWI)是探地雷达(GPR)物性反演和宏观成像的重要手段,依赖剖面数据的全波场信息,构建模型正演剖面与采集的全波场剖面的残差目标函数.在FWI过程中,受限于记录的电磁衍射波前与反射波前的传播机理差异,衍射波前存在幅值低、与反射波前串扰严重等问题,导致FWI中衍射波前所对应的局部微小异常体成像存在遮蔽、误差等现象.为应对该技术瓶颈,提高FWI对小尺度目标体的精细反演和聚焦成像能力,本文开发了基于相干属性(Coherence Attributes,CA)的探地雷达衍射反演策略.该策略应用基于相干属性理论的探地雷达衍射波识别与重建算法,构建多尺度波前连续性判据和衍射波重建的目标函数;利用重建所得的衍射波前数据重构全波形反演流程,将衍射波剖面作为反演目标剖面,使成像流程聚焦于衍射波前所表征的局部微小异常体信息.本文首先给出了基于CA算法的GPR衍射波识别与分离框架,推导了共偏移距模式下探地雷达的衍射波场分离和衍射波重建公式;阐述了衍射波驱动波前反演(Diffraction Wavefront-driven Inversion,DWI)的理论框架,讨论了DWI的反演精度和成像分辨率.本文给出两组合成模型对DWI成像和常规全波场FWI进行对比,验证了本文算法的有效性和优势,同时开展了算法的抗噪性能测试,并在合成起伏色散媒质模型和两组道路塌陷隐患区实测数据上作进一步测试.结果表明,DWI框架较全波场FWI能更精确地对微小结构进行反演成像,有望提升探地雷达全波形反演精度、计算效率并推动实用化进程. 展开更多
关键词 探地雷达 相干属性 全波形反演 衍射波重建 衍射波前驱动反演
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基于全波形反演与走时层析的分步高精度速度建模技术及其在涠洲油田复杂构造成像中的应用
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作者 刘苗 陈琳枝 +2 位作者 牛华伟 赵秀莲 李亚清 《热带海洋学报》 北大核心 2025年第2期178-186,共9页
南海北部湾涠洲油田构造复杂,断层发育,地层破碎,因此速度结构非均匀性强。为了满足生产要求,该地区进行了多轮走时层析速度建模,包括双方位拖缆数据融合建模,但成像效果较差。全波形反演(full waveform inversion,FWI)利用地震波场的... 南海北部湾涠洲油田构造复杂,断层发育,地层破碎,因此速度结构非均匀性强。为了满足生产要求,该地区进行了多轮走时层析速度建模,包括双方位拖缆数据融合建模,但成像效果较差。全波形反演(full waveform inversion,FWI)利用地震波场的振幅和走时信息构建更准确的速度模型,但通常要求地震数据含有(超)长偏移距成分。针对涠西探区拖缆地震数据偏移距有限的实际情况,文章发展了一种FWI与走时层析的分步高精度速度建模技术流程,先采用从低频到高频的多尺度FWI,由高信噪比的回转波与折射波信号反演浅、中层的速度模型,然后利用反射波走时层析更新深层的速度模型。该项技术应用于涠洲油田复杂构造区域中,处理结果显示:与常规反射波走时层析建模相比,该项技术获得的速度模型精度得以提升,目标区域构造成像效果得到显著改善,断层结构更加清晰,为该油田增储扩产、实现效益开发奠定数据基础。 展开更多
关键词 走时层析 全波形反演 偏移成像 涠洲油田
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时空耦合模型驱动的激光雷达多目标回波轻量化检测算法
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作者 肖振 谷延锋 +1 位作者 蒋彦泽 李贤 《雷达学报(中英文)》 北大核心 2025年第3期548-561,共14页
小光斑全波形激光雷达凭借高穿透、完整回波获取能力而蕴含巨大应用潜力。高效精准处理海量回波信号是全波形激光雷达实际应用前提,成为波形分解技术前沿性挑战。对于小光斑全波形激光雷达系统,单目标回波占比高且仅多目标回波需要精细... 小光斑全波形激光雷达凭借高穿透、完整回波获取能力而蕴含巨大应用潜力。高效精准处理海量回波信号是全波形激光雷达实际应用前提,成为波形分解技术前沿性挑战。对于小光斑全波形激光雷达系统,单目标回波占比高且仅多目标回波需要精细波形分解处理,然而现有方案通常以牺牲精度为代价而采用简单快速波形分解算法,或将全部回波信号无差别进行波形分解而导致效率低下,难以兼顾精度和效率。该研究面向小光斑全波形激光雷达,提出一种时空耦合模型驱动的多目标回波轻量化检测算法,首次实现从未知回波次数的波形数据中高效精准检测多目标回波,有效避免波形分解算法无差别处理单目标回波而引入冗余计算,显著减少波形分解次数。具体地,(1)该算法构建了激光雷达时空耦合回波信号模型,以揭示回波传输的时空特性;(2)基于该模型驱动双高斯函数叠加拟合方式,轻量化估计波形参数;(3)根据信噪比引入自适应相关性判别方法。结合系统发射脉冲一致性,所提方法能够轻量化且准确检测多目标回波信号,在地基和机载波形数据实验结果证明,该研究提出的轻量化多目标回波检测算法检测准确率高达98.4%,召回率93.1%。利用4种波形分解方法结合多目标回波检测,效率显著提高2~3倍,且在单目标回波数量占比增大情况下效率提升更显著。 展开更多
关键词 全波形 激光雷达 轻量化 回波检测 波形分解
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基于多道分析法约束的面波全波形反演
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作者 薛帅 何兵寿 王辉 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第11期124-132,共9页
本文研究了一种基于面波多道分析结果约束的面波全波形反演方法,首先利用面波多道分析反演结果构建先验约束模型,其次基于该模型构建新的面波全波形反演目标函数及梯度计算公式,最后结合现有的全波形反演技术实现了复杂构造的准确反演... 本文研究了一种基于面波多道分析结果约束的面波全波形反演方法,首先利用面波多道分析反演结果构建先验约束模型,其次基于该模型构建新的面波全波形反演目标函数及梯度计算公式,最后结合现有的全波形反演技术实现了复杂构造的准确反演。本文算法降低了面波全波形反演的非线性程度,能引导反演过程向正确的方向前进。数值实验表明:在相同初始模型条件下,本文方法比现有面波全波形反演方法具有更高的效率和精度。 展开更多
关键词 面波 全波形反演 先验信息约束 多道分析法 横波速度
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水泥基材料裂隙及其注浆超声全波形反演
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作者 汪隆臻 刘耀徽 +7 位作者 赵骞 章耀辉 刘常鸿 葛维 韦宇 方振邦 张忠 宋雷 《声学技术》 北大核心 2025年第2期210-219,共10页
水泥基材料是工程建设中不可或缺的材料之一,其质量更是工程建设安全的保障,因此对水泥基材料的质量检测尤为重要。水泥基材料的无损检测技术受到了广泛关注,尤其是超声波无损检测技术,因其速度快、穿透能力强被广泛应用。全波形反演算... 水泥基材料是工程建设中不可或缺的材料之一,其质量更是工程建设安全的保障,因此对水泥基材料的质量检测尤为重要。水泥基材料的无损检测技术受到了广泛关注,尤其是超声波无损检测技术,因其速度快、穿透能力强被广泛应用。全波形反演算法是目前地震勘探领域理论精度最高的反演成像方法之一,具有多参数建模和高精度成像的优点。文章开展了水泥试样的裂隙形态及其注浆质量检测试验,将全波形反演算法应用于超声波检测数据处理中。试验结果表明,全波形反演成像方法可以有效反映水泥裂隙的形态,串行反演策略可以有效避免反演陷入局部极小值,提高反演精度;双差法可以有效减小背景场的影响,凸显浆液扩散位置。研究结果为超声波在水泥裂隙及其注浆检测的应用提供了重要参考。 展开更多
关键词 水泥基材料 裂隙形态 超声波无损检测 全波形反演算法
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基于全波形反演的SH1导波缺陷检测仿真
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作者 温家炜 江灿 陈浩 《声学技术》 北大核心 2025年第1期65-73,共9页
基于全波形反演的导波层析成像方法,与其他层析成像算法相比成像精度更高,在工业腐蚀检测中展现了巨大的应用潜力。目前基于全波形反演算法的导波检测主要选择A0、S0模式,但受限于所选激励频段、波长大小与反演厚度的灵敏度,A0、S0模式... 基于全波形反演的导波层析成像方法,与其他层析成像算法相比成像精度更高,在工业腐蚀检测中展现了巨大的应用潜力。目前基于全波形反演算法的导波检测主要选择A0、S0模式,但受限于所选激励频段、波长大小与反演厚度的灵敏度,A0、S0模式在浅表与小尺度腐蚀缺陷检测时,成像精度相对较低。文章提出了一种利用SH1模式波进行浅表与小尺寸腐蚀缺陷高精度成像的全波形反演方法。该方法首先采用有限元方法模拟了在含有不同尺寸缺陷铝板表面使用环形阵列采集的时域波形,然后采用频率域全波形反演算法对仿真数据进行处理,对比分析了激励A0、S0、SH1三种模式的导波时,全波形反演算法对不同尺寸缺陷的成像精度,最后考察了缺陷位置、复杂缺陷对成像精度的影响。成像结果表明:缺陷位于环形阵列中心区域时,SH1模式相比于A0、S0模式成像精度更高;在缺陷偏离环形阵列中心区域以及缺陷不规则的情况下,全波形反演算法依然保持较高的成像精度,验证了基于全波形反演算法的SH1导波对浅表腐蚀缺陷成像的可行性。 展开更多
关键词 全波形反演 SH1模式 导波层析
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基于盲稀疏脉冲反褶积的弹性波全波形反演低频补偿方法
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作者 贺庆钰 何兵寿 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第9期68-79,共12页
本文提出了一种基于盲稀疏脉冲反褶积的地震数据低频补偿算法来补偿多分量地震数据中缺失的低频成分,为弹性波全波形反演提供低频成分丰富的输入数据,利用该数据实现了初始纵横波速度模型的正确构建。首先依据褶积理论,利用地下反射系... 本文提出了一种基于盲稀疏脉冲反褶积的地震数据低频补偿算法来补偿多分量地震数据中缺失的低频成分,为弹性波全波形反演提供低频成分丰富的输入数据,利用该数据实现了初始纵横波速度模型的正确构建。首先依据褶积理论,利用地下反射系数的稀疏性构造L1范数约束的目标函数,利用压缩感知理论和稀疏反演方法求解稀疏反演问题,实现对低频缺失地震数据的全带宽拓频,并采用快速迭代收缩阈值算法将观测记录压缩为尖脉冲。再将其与低频成分丰富的子波褶积重构出富含低频信息的多分量地震记录并用之进行时间域弹性波全波形反演。最后,将该反演结果作为初始模型,采用不依赖子波的时间域弹性波全波形反演算法获得最终反演结果。模型试算结果表明该反演方法在低频缺失和子波不准情况下能够有效提高反演精度。 展开更多
关键词 多分量地震勘探 弹性波全波形反演 低频补偿 压缩感知 稀疏反演
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三维波动方程地震面波频散谱反演
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作者 张振东 刘伊克 《地球物理学报》 北大核心 2025年第9期3541-3553,共13页
地震面波反演是地球内部速度结构成像的重要方法,可用于壳幔、油气藏、城市地下空间等跨尺度目标成像.目前常用的一维面波频散曲线反演方法假设地下为层状介质、需要拾取频散曲线,不适合复杂构造地区的大规模地震面波成像;最新的面波波... 地震面波反演是地球内部速度结构成像的重要方法,可用于壳幔、油气藏、城市地下空间等跨尺度目标成像.目前常用的一维面波频散曲线反演方法假设地下为层状介质、需要拾取频散曲线,不适合复杂构造地区的大规模地震面波成像;最新的面波波形反演方法具有强非线性,对数据质量和初始速度模型精度等要求较高,在处理实际数据时还存在诸多问题.本文结合传统一维面波频散曲线反演方法和地震全波形反演理论的优势提出了三维波动方程面波频散谱反演方法,通过求解弹性波波动方程模拟地震面波在任意复杂介质中的传播过程;将复杂的地震面波波形变换到保留其频散特征的频率-相慢度谱域进行相似度比较,极大地降低了反演的非线性.借助全波形反演的统一理论框架,使用伴随状态法计算速度模型梯度和局部优化算法迭代更新速度模型.本文提出的频散谱反演方法适用于三维任意复杂介质的速度结构成像,模拟算例表明该方法具有比拟波形反演方法的空间分辨率;在美国亚利桑那州西南沙漠实测地震数据中的应用表明该方法可用于实际资料的处理.随着油气、地热、二氧化碳封存等陆地勘探目标的涌现,该方法有望为陆地探区高精度速度建模提供一种新的解决方案. 展开更多
关键词 面波 近地表成像 弹性波全波形反演 三维速度建模 目标函数
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基于稀疏正则化FWI和mOWL-QN的微地震震源位置与震源子波同时反演方法
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作者 张申 李萌 +1 位作者 崔广智 毛冠华 《石油地球物理勘探》 北大核心 2025年第5期1146-1159,共14页
微地震监测对致密油气藏增产过程中水力压裂诱导裂缝的定量表征有重要意义。然而,微地震信号往往包含较强的背景噪声,使基于震相初至信息的震源参数反演方法的精度和可靠性较低。因此,借鉴地震勘探的声波方程全波形反演(FWI),基于完整... 微地震监测对致密油气藏增产过程中水力压裂诱导裂缝的定量表征有重要意义。然而,微地震信号往往包含较强的背景噪声,使基于震相初至信息的震源参数反演方法的精度和可靠性较低。因此,借鉴地震勘探的声波方程全波形反演(FWI),基于完整的微地震波形信息,提出基于稀疏正则化FWI和mOWL-QN的微地震震源位置与震源子波同时反演方法。首先,针对微地震震源信号随机且连续的特点,采用稀疏正则化约束的全波形反演方法反演微震事件的时空源函数,通过施加稀疏性L1范数作为正则化约束项,降低了算法对背景噪声的敏感性;其次,针对目标泛函的不可微性,采用修正正交有限内存拟牛顿(mOWL-QN)方法优化求解;最后,基于Marmousi模型,分析该算法对稀疏正则化系数、速度模型、背景噪声和观测系统的敏感度规律。数值测试结果表明,该算法无需震源子波主频和类型的先验信息,在一定背景噪声下能保持反演的准确性和稳定性,能够同时反演微地震震源的空间位置与时域震源子波函数,进一步提高微地震震源参数的反演精度,为水力压裂诱导裂缝几何产状与储层改造后的渗流通道高精度定量表征提供技术支撑,对优化压裂施工参数具有重要意义。 展开更多
关键词 微地震 震源参数反演 全波形反演 稀疏正则化 修正正交有限内存拟牛顿法
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基于稀疏分解的高波数全波形反演方法
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作者 杜泽源 《石油物探》 北大核心 2025年第5期890-898,共9页
复杂储层成像与描述对速度建模精度提出了更高的要求,高波数全波形反演方法是实现高精度速度建模的有效途径之一。要解决高波数全波形反演中存在的不稳定及局部极值问题,需要引入多尺度反演策略。采用局部峰值约束的稀疏分解方法,实现... 复杂储层成像与描述对速度建模精度提出了更高的要求,高波数全波形反演方法是实现高精度速度建模的有效途径之一。要解决高波数全波形反演中存在的不稳定及局部极值问题,需要引入多尺度反演策略。采用局部峰值约束的稀疏分解方法,实现高精度、高时频分辨的时间域地震数据分解,并构建了基于稀疏分解的全波形反演算法,实现由低波数至高波数的逐级反演以恢复速度模型,为储层成像与描述提供高精度速度场。数值模型测试结果表明,基于稀疏分解的高波数全波形反演不但提高了反演的稳定性,而且能获得高精度速度模型。实际资料应用结果表明,高波数全波形反演速度建模在一定程度上可以直接进行储层描述。 展开更多
关键词 稀疏表示 局部峰值约束 全波形反演 速度建模 储层描述
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浅地表地震全波形反演方法进展
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作者 潘雨迪 高玲利 《地球物理学报》 北大核心 2025年第8期2866-2881,共16页
利用地震数据精确重构浅地表介质物性结构对工程与环境地球物理至关重要.地震全波形反演作为一种高精度的成像手段,它利用波动方程直接拟合实测地震波数据,相对传统的浅地表地震成像方法而言具有更高的分辨率,且能更为便捷地处理起伏地... 利用地震数据精确重构浅地表介质物性结构对工程与环境地球物理至关重要.地震全波形反演作为一种高精度的成像手段,它利用波动方程直接拟合实测地震波数据,相对传统的浅地表地震成像方法而言具有更高的分辨率,且能更为便捷地处理起伏地表、强衰减等复杂介质中的成像问题.与其他尺度(勘探、区域、全球)的全波形反演类似,浅地表全波形反演面临着非线性程度高、计算量大、难以进行不确定性分析等问题.与此同时,由于波场组构与传播特征的不同,浅地表地震全波形反演还面临着自身独有的挑战.浅地表地震全波形反演方法理论在近十年获得了快速的发展,并在一些实际应用案例中获得了成功.本文将介绍浅地表地震全波形反演的原理并与传统浅地表地震成像方法进行对比,随后对全波形反演在复杂介质成像、多参数成像、稳健高效的反演方法等方面的挑战与解决方案展开综述.本文通过结合数值模拟和实例分析,旨在厘清浅地表地震全波形反演发展过程中的难点与技术挑战,展望其未来趋势,从而促进全波形反演的应用及浅地表地震高精度成像方法的发展. 展开更多
关键词 浅地表地球物理 全波形反演 复杂介质 多目标反演
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屯宝煤矿地质构造超前精准探测成套技术研究与应用
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作者 陈永科 哈戌龙 +3 位作者 王尚红 彭海源 祝新玉 张文轩 《中国煤炭》 北大核心 2025年第10期119-125,共7页
针对煤矿复杂的地质构造,传统的勘测方法已无法满足工作面的分辨率和精度要求,实现采煤工作面的地质信息透明化逐渐成为矿山开采的必然趋势。以屯宝煤矿WII02040502工作面为例,通过槽波勘探与全波形反演相结合的方式,应用一种基于包络... 针对煤矿复杂的地质构造,传统的勘测方法已无法满足工作面的分辨率和精度要求,实现采煤工作面的地质信息透明化逐渐成为矿山开采的必然趋势。以屯宝煤矿WII02040502工作面为例,通过槽波勘探与全波形反演相结合的方式,应用一种基于包络的旅行时各向异性参数反演方法,准确地计算旅行时差,并通过二维和三维结合的方式进行数据分析,准确地反演了各向异性参数模型,同时结合巷道实测,找出了反演中未发现的断层,并详细解释了研究区地质信息。基于反演结果,构建了研究区工作面三维地质模型,确定了适用于屯宝煤矿采掘工作面多断层地质构造的超前精准探测方法。 展开更多
关键词 槽波勘探 全波形反演 超前精准探测 多断层 三维地质建模
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全波形激光雷达数据高斯分解优化方法研究
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作者 李宗清 蒋衍 +3 位作者 李锋 刘汝卿 孟柘 朱精果 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第10期91-101,共11页
针对全波形激光雷达数据中存在干扰噪声,以及多目标重叠回波难以精确拟合与分解等问题,文中在Savitzky-Golay(S-G)滤波预处理的基础上,提出了一种融合多尺度拐点检测改进策略和自适应阻尼因子Levenberg-Marquardt(LM)算法的高斯分解优... 针对全波形激光雷达数据中存在干扰噪声,以及多目标重叠回波难以精确拟合与分解等问题,文中在Savitzky-Golay(S-G)滤波预处理的基础上,提出了一种融合多尺度拐点检测改进策略和自适应阻尼因子Levenberg-Marquardt(LM)算法的高斯分解优化方法。首先,通过精细尺度和粗尺度相结合的多尺度拐点检测改进策略,研究了不同分辨率下的激光回波波形数据拐点分析,从而提高了对重叠回波和弱回波的检测能力,基于加蓬森林地区全波形数据进行了实验,文中高斯分解优化方法得到的回波数量明显增多,且对重叠波的检测率相比于Hofton法和RGD法均有提高,分别提高了66.07%和14.60%。其次,文中方法设计了基于残差变化率来动态调整的自适应阻尼因子,从而减少了传统LM算法的迭代次数,提升了高斯分解优化方法收敛速度。基于仿真全波形的实验结果表明,自适应阻尼LM算法的平均迭代次数相比传统LM算法减少24.4%,平均耗时减少0.22 s,有效提升了复杂场景下的波形分解效率。文中提出的全波形激光雷达数据高斯分解优化方法,验证了其在复杂波形分解精度、检测率、收敛速度方面的有效性。. 展开更多
关键词 全波形激光雷达 波形分解 LM(Levenberg-Marquardt)优化算法 高斯拟合算法
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一种快速的全波形高光谱激光雷达的反射率光谱曲线重建方法
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作者 邵慧 张胡龙 +4 位作者 戴慧 陈育伟 孙龙 徐恒 李幸运 《雷达学报(中英文)》 北大核心 2025年第3期602-615,共14页
全波形高光谱激光雷达(HSL)在获得高精度、高分辨率的空间数据的同时,还能获得目标的光谱信息,可为不同研究和应用领域提供有效和多维的数据。然而,HSL不同波段发射信号强度存在差异,会导致相应回波信号的差异,难以直接利用回波信号来... 全波形高光谱激光雷达(HSL)在获得高精度、高分辨率的空间数据的同时,还能获得目标的光谱信息,可为不同研究和应用领域提供有效和多维的数据。然而,HSL不同波段发射信号强度存在差异,会导致相应回波信号的差异,难以直接利用回波信号来重建目标在不同波段下准确的光学特性(目标的反射率光谱分布曲线)。以往研究通常利用标准漫反射白板法来获取目标的反射率光谱曲线(标准参照板法)。但在某些复杂的检测环境中白板易受污染,且激光器的发射能量会因环境和设备状态的变化出现波动,进而影响计算精度。因此,从全波形信号本身直接提取信息用于反射率光谱曲线重建是一种快捷的途径。基于此,该文提出一种基于HSL全波形数据的回波强度校正方法,用于快速生成目标的反射率光谱曲线。首先,通过理论分析,证明回波与发射波在形状上的相似性。然后,对HSL全波形的发射信号和回波信号进行偏正态高斯函数拟合,计算各波段在理想情况下标准漫反射白板的发射信号与回波信号峰值比值(归一化因子)。最后,通过结合标准漫反射白板的归一化因子与目标的归一化因子来构建目标的反射率光谱分布曲线。为验证方法的有效性,该文将其与基于标准漫反射板计算的反射率光谱曲线进行了对比实验,并进行木叶分离和目标分类实验以评估其适用性。实验结果表明:(1)利用发射信号校正回波强度,可以获得与标准参照板法相似的反射率光谱曲线。并且在不同温度及光照条件下均表现出良好的稳定性;与标准漫反射白板法相比,该方法有效克服了激光器发射能量波动的影响,尤其在HSL长时间工作条件下,显著提升了反射率光谱曲线的测量精度和一致性。(2)在实际应用中,基于该文方法获得的目标反射率光谱曲线能够快速实现木叶分离,且对果树目标分类准确率超过90%。该文方法简化了全波形高光谱激光雷达的回波强度校正流程,可在数据采集过程中实时快速重建目标高光谱信息。 展开更多
关键词 全波形 高光谱激光雷达 强度校正 反射率光谱曲线 归一化因子 发射信号 回波信号 偏正态高斯函数
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抗转发干扰的完全互补码波形和接收滤波器联合设计
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作者 徐嘉臻 杨威 +2 位作者 杨晨 许梅英子 韩煦琳 《雷达科学与技术》 北大核心 2025年第2期150-157,共8页
在复杂电磁环境中,干扰机可以通过数字射频存储技术产生多种高相干性的转发干扰,对雷达探测能力造成严重影响。针对传统波形设计方法大多只能对抗某一特定类型干扰的问题,本文提出了一种基于完全互补码的抗间歇采样转发和全脉冲转发干... 在复杂电磁环境中,干扰机可以通过数字射频存储技术产生多种高相干性的转发干扰,对雷达探测能力造成严重影响。针对传统波形设计方法大多只能对抗某一特定类型干扰的问题,本文提出了一种基于完全互补码的抗间歇采样转发和全脉冲转发干扰波形设计方法。首先,将完全互补码分为若干份,以频域正交的方式编入脉冲串波形;然后,基于分段脉冲压缩方式设计非匹配滤波器,同时抑制间歇采样转发干扰和全脉冲转发干扰。仿真实验验证了本文设计的完全互补码波形及其接收滤波器的有效性和先进性。 展开更多
关键词 间歇采样转发干扰 全脉冲采样转发干扰 完全互补码 波形设计
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