極地冰蓋對(duì)全球氣候系統(tǒng)具有重要影響,直接控制著全球海平面升降。在全球氣候變暖的大趨勢(shì)下,理解和預(yù)測(cè)極地冰蓋的穩(wěn)定性及其演化趨勢(shì)具有重要的科學(xué)意義。冰雷達(dá)是測(cè)量冰厚、冰下地形以及冰內(nèi)等時(shí)層結(jié)構(gòu)和分布的有效工具并在冰蓋探測(cè)中取得了巨大成功,成為了冰蓋探測(cè)的主流和經(jīng)典工具。目前冰蓋結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)特征主要從電磁波運(yùn)動(dòng)學(xué)特征（波至?xí)r間、速度等）中獲得,而利用反射波的動(dòng)力學(xué)特征（振幅、相位等）以及極化特征來反演、識(shí)別冰蓋內(nèi)冰晶體組構(gòu)參數(shù)等物性特征變化狀況則是冰雷達(dá)研究的前沿重難點(diǎn)領(lǐng)域,具有重要科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。為了在冰雷達(dá)數(shù)據(jù)中提取冰蓋內(nèi)等時(shí)層的波阻抗信息,本文開展了高頻電磁波波阻抗反演技術(shù)研究,以此來獲得介電常數(shù)、組構(gòu)特性等微觀參數(shù),為冰蓋研究提供關(guān)鍵物性參數(shù)。極地冰蓋研究相對(duì)近地表探測(cè)缺少測(cè)井等資料提供初始模型,為了避免傳統(tǒng)反演方法中嚴(yán)重依賴初始模型的不足。本文嘗試把遺傳算法應(yīng)用到波阻抗反演問題,但直接應(yīng)用遺傳算法進(jìn)行波阻抗反演會(huì)出現(xiàn)反演結(jié)果收斂不穩(wěn)定的問題。為了解決上述的問題,本文引入自適應(yīng)機(jī)制和實(shí)值編碼系統(tǒng)來提高遺傳算法的可靠性和收斂性。同時(shí),本研究參考地震勘探的做法,把褶積模型引入冰雷達(dá)數(shù)... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：80 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

電磁波于兩介質(zhì)的反射波和折射波

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文雷達(dá)波在冰蓋中的傳播特征及其正演模擬方法15(,,,)|=≈+12(,,)12(,,)(2.30)式中各個(gè)電磁場(chǎng)分量如圖2-2所示。圖2-2Yee元胞中電磁場(chǎng)各分量在離散空間中的分布利用差分方法能近似地代替微分方程，具有相當(dāng)高的電磁場(chǎng)模擬精度。有限差分方法是電磁波數(shù)值模擬領(lǐng)域主要方法，Giannopoulos(2005)使用有限差分的計(jì)算方式開發(fā)了探地雷達(dá)的模擬程序GPRMax。2.4.2褶積模型正演方法Robinson(1954)于1954年首次提出了地震勘探上的褶積模型，認(rèn)為觀察到的地震數(shù)據(jù)可以表示為地震子波和地層反射系數(shù)的褶積運(yùn)算結(jié)果。在地震勘探中，一般利用尖脈沖作為震源子波，脈沖在地下介質(zhì)傳播時(shí)受到各巖層的濾波作用，由于地下各巖石層密度存在差異，使得各個(gè)巖石層之間都會(huì)形成一個(gè)波阻抗界面。當(dāng)?shù)卣鹱硬ㄔ诘叵陆橘|(zhì)中傳播時(shí)遇到反射界面時(shí)就會(huì)有一部分能量反射回傳到地面，而地震數(shù)據(jù)是地下各反射層的反射波疊加而成的數(shù)據(jù)。雷達(dá)波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征與彈性波類似，因此我們也借鑒地震正演中褶積模型的研究思路并引入到冰雷達(dá)正演模擬研究中。在冰雷達(dá)勘探中，由于勘探深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冰雷達(dá)的發(fā)射天線與接收天線間的距離，可以把電磁波看成垂直入射的狀態(tài)。當(dāng)入射角為90°時(shí)，式(2.22)和式(2.23)可以簡(jiǎn)化為=212+1(2.31)

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文雷達(dá)波在冰蓋中的傳播特征及其正演模擬方法17的子波進(jìn)行褶積模擬，結(jié)果如圖2-3(B)所示，可見，波形吻合的情況有改進(jìn)，但是仍然是無法模擬多次波。然而，多次波相對(duì)于反射波來說是比較微弱的，對(duì)波阻抗反演影響有限，而且有限差分方法相對(duì)于褶積模型計(jì)算代價(jià)高昂，本文認(rèn)為在遺傳算法波阻抗反演時(shí)使用褶積模型對(duì)計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)化是相對(duì)高效且可行的。圖2-3有限差分方法的正演數(shù)據(jù)和褶積模型的正演數(shù)據(jù)的比較分析，正演數(shù)據(jù)均采用雷克子波作激勵(lì)源(A)藍(lán)線為有限差分正演數(shù)據(jù)，紅線為雷克子波的褶積模擬數(shù)據(jù)(B)藍(lán)線為有限差分正演數(shù)據(jù)，紅線為從有限差分方法的正演數(shù)據(jù)中截取首個(gè)反射波形并進(jìn)行褶積模擬但使用褶積模型需要作出以下假設(shè):(1)假設(shè)地下介質(zhì)層是由勻速水平層狀組成。(2)假設(shè)子波在地下介質(zhì)傳播時(shí)不會(huì)發(fā)生變形。(3)假設(shè)電磁波為垂直入射到反射界面。在冰雷達(dá)探測(cè)中，等時(shí)層在小尺度上具有良好的水平連續(xù)性，接近水平層狀介質(zhì)。同時(shí)，勘探深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于天線間距，使電磁波能以接近垂直的情況入射。所以冰雷達(dá)的電磁波回波信號(hào)可簡(jiǎn)化為使用褶積模型計(jì)算。褶積模型的推導(dǎo)為遺傳算法的正向過程的運(yùn)算提供基礎(chǔ)，亦大幅提高了計(jì)算雷達(dá)數(shù)據(jù)的運(yùn)算效率。2.5本章小結(jié)本章從Maxwell方程組出發(fā)，利用電磁波的本構(gòu)關(guān)系推導(dǎo)出電磁波的波動(dòng)性，利用波的傳播規(guī)律，包括惠更斯原理及斯耐爾定律，從幾何狀態(tài)和能量分布的角度

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本文編號(hào)：3612187