专利名称：一种基于介质频散差异的电磁波探测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电磁波探测领域，更具体地，涉及一种基于介质之间频散特性差异的电磁波探测方法及装置，适用于不可视或不可及的目标识别以及目标本征信息的提取。
背景技术：
探测技术是20世纪以来发展最迅速的科学技术之一。它利用物质的声、光、电等特性与周围媒质之间的区别，对不可视或不可及的目标体进行检测、定位，给出目标体的形状、位置、物理特性等相关信息。如雷达技术利用目标体对电磁波的响应进行探测；超声波探测方法利用目标体对超声波的传播影响进行探测；红外成像利用目标体对红外波的感应进行探测，等等。电磁波探测方法是向目标体发射特定参数(频率、波形、波强等等)的电磁波，测量目标体对电磁波的反射、折射、散射等回波信号，从中提取和分离出受目标体影响的信号， 通过反演或成像算法，获得目标体的相关信息，是当前各类探测方法中应用最广、发展最快的方法。介质在外加电磁场的作用下，内部的微观粒子随电磁场运动，致使介质的宏观电参数(如电导率、磁导率、介电常数等)可能随电磁场频率变化而变化。这类介质在地球勘探领域被称为频散介质，这种特性即是频散特性。从微观上分析，介质频散本质上是由于在不同频率激励下，介质内部占主导地位的极化、损耗、磁化机制不同所引起的。在电磁波探测方法中，假定电磁波的传播速度相对稳定，是根据反射波对目标进行定位的基础。而电磁波穿过频散介质时，电磁波的传播速度会发生变化，这给回波信号解释和成像带来很大困扰。此外，介质频散也会导致不同频率成分的波衰减、相移程度不同，从而导致回波畸变。因此，在现有的探测方法中，常采用各种措施抑制介质频散。例如，地球物理勘探中，通过限制发射信号的波形或频率抑制地下媒质的频散，或通过对回波信号进行滤波、褶积处理，滤掉媒质频散产生的影响。中国发明专利CN102012517A中公开了一种地下介质成像方法及装置，依靠人工激发地震波，获取指定地下深度的波场，进行褶积计算，获得指定地下深度的介质成像。该发明中提到，这种方法能有效减少频散的影响，提高地下介质成像的质量和速度。又如，中国发明专利CN202119699U中公布了基于SHO波的电力系统接地网导体的腐蚀检测装置，专利中指出为了克服兰姆波多模态、频散等缺陷，采用SHO波代替兰姆波进行探测，这种方法对窄条金属结构腐蚀的无损检测更快速、全面。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的偏见，提供一种基于介质之间频散特性差异的电磁波探测方法，根据不同介质在不同电磁波频率作用下，电性参数和电磁波传播参数的差异，识别介质本体的物理特性信息，达到无损探测的目的。本发明的另一目的在于提供实现上述探测方法的装置。一种基于介质频散差异的电磁波探测方法，包括以下步骤
(I)对潜在目标及其相邻媒质进行地面的电参数测试；(2)根据地面测试的目标和相邻媒质的电参数分析目标和相邻媒质的频散变化规律，找出两者频散差异最大的频段作为电磁波的发射频率范围；(3)在发射频率范围内向探测目标发射电磁波，并接收探测目标的回波信号；(4)依据不同频率的电磁波信号和回波信号计算探测目标的介电常数，进而建立介电常数-频率的频散特性曲线，通过频散特性曲线匹配实现目标识别，并选取发射频率范围内的最高频率对应的回波信号进行反演成像得到探测目标的形状信息。进一步地，所述电参数包括电导率和介电常数。进一步地，所述探测目标的介电常数计算方法具体为结合相邻媒质的电导率对接收的回波信号进行分析得到水平极化的反射系数R71^和垂直极化的反射系数Ra
将反射系数相邻媒质的介电常数S1、入射电磁波的入射角9:代入公式
权利要求
1.一种基于介质频散差异的电磁波探测方法，包括以下步骤 (1)对潜在目标及其相邻媒质进行地面的电参数测试； (2)根据地面测试的目标和相邻媒质的电参数分析目标和相邻媒质的频散变化规律，找出两者频散差异最大的频段作为电磁波的发射频率范围； (3)在发射频率范围内向探测目标发射电磁波，并接收探测目标的回波信号； (4)依据不同频率的电磁波信号和回波信号计算探测目标的介电常数，进而建立介电常数-频率的频散特性曲线，通过频散特性曲线匹配实现目标识别，并选取发射频率范围内的最高频率对应的回波信号进行反演成像得到探测目标的形状信息。
2.根据权利要求I所述的基于介质频散差异的电磁波探测方法，其特征在于，所述电参数包括电导率和介电常数。
3.根据权利要求2所述的基于介质频散差异的电磁波探测方法，其特征在于，所述探测目标的介电常数计算方法具体为 结合相邻媒质的电导率对接收的回波信号进行分析得到水平极化的反射系数Rm和垂直极化的反射系数Rni,将反射系数R#+、Rei>相邻媒质的介电常 数ε i、入射电磁波的入射角Θ i代入公式
4.实现权利要求I所述的基于介质频散差异的电磁波探测方法的装置，包括电磁波收发单元和控制系统； 所述电磁波收发单元用于在发射频率范围内向探测目标发射电磁波，并接收探测目标的回波信号； 所述控制系统用于接收对可能存在于地下的目标及其相邻媒质进行地面测试得到的电参数；根据地面测试的目标和相邻媒质的电参数分析目标和相邻媒质的频散变化规律，找出两者频散差异最大的频段作为电磁波的发射频率范围；控制所述电磁波收发单元在发射频率范围内向探测目标发射电磁波，并接收探测目标的回波信号；依据不同频率的电磁波信号和回波信号计算探测目标的介电常数，进而建立介电常数-频率的频散特性曲线，通过频散特性曲线匹配实现目标识别，并选取发射频率范围内的最高频率对应的回波信号进行反演成像得到探测目标的形状信息。
全文摘要
本发明公开了一种基于介质频散差异的电磁波探测方法及装置，该方法具体为对可能存在于地下的目标及其相邻媒质进行地面的电参数测试，分析目标和相邻媒质的频散变化规律，找出两者频散差异最大的频段作为电磁波的发射频率范围；在发射频率范围内向探测目标发射电磁波，并接收探测目标的回波信号；依据不同频率的电磁波信号和回波信号计算探测目标的介电常数，建立频散特性曲线，通过频散特性曲线匹配实现目标识别，并选取发射频率范围内的最高频率对应的回波信号进行反演成像得到探测目标的形状。本发明根据不同介质在不同电磁波频率作用下的差异，识别介质本体的物理特性信息，达到无损探测的目的。
文档编号G01V3/12GK102736116SQ20121019890
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月15日 优先权日2012年6月15日
发明者刘亚青, 张丹丹, 贺家慧 申请人:华中科技大学