基于单基地测量的地表介质参数反演方法

摘要

基于单基地测量的地表介质参数反演方法，涉及探地雷达。利用单天线垂直入射地面的测量结果对大地表层介质介电常数、电导率进行反演。本发明首先基于矢量网络分析仪测试获得单个喇叭天线垂直照射土壤表面(或金属板)的反射信号S₁₁，根据测试结果引入Matrix Pencil(矩阵束)算法，进行不同界面反射信号的辨识分离，估计提取出由土壤表面(或金属板表面)造成的真正的反射信号，从而得到土壤表面的真正的反射系数，利用该方法能有效将各个界面反射分量加以区分，滤除非土壤表面反射信号及其他噪声信号，使得估计精度得到提高，对快速准确获得土壤表层电磁参数具有重要的意义。

主权项

基于单基地测量的地表介质参数反演方法，其特征在于包括如下步骤：(1)在外场环境中预先将喇叭端口朝上，对准无障碍物的天空，使用矢量网络分析仪测量喇叭端口的反射信号若电缆为稳相电缆，则该反射信号可事先在暗室环境中测量；(2)将喇叭垂直对准待测土壤表面，测得反射信号(3)在待测土壤表面放置平面金属反射板，用于截获喇叭天线波束辐射的主要能量，测得反射信号(4)将和分别减去喇叭自身反射信号得到土壤和金属板的反射信号Y₁和Y₂；(5)分别对反射信号Y₁和Y₂进行矩阵束处理，滤除其他反射信号及噪声，得到土壤表面和金属板表面的反射信号Y₁^s和Y₂^s；(6)根据平面波对理想介质分界的垂直入射、以及反射系数与介质波阻抗的关系，获得地面表层介质的平均波阻抗${\eta }_1=\frac{1+R^s}{1-R^s}{\eta }_0---\left(1\right)$其中η₀为空气波阻抗；另外，弱导电媒介的本征波阻抗可近似表述为${\eta }_1=\sqrt{\frac{\mu }{{ϵ}_0{ϵ}_r}}{(1+\frac{\omega }{{\mathrm{j\omega ϵ}}_0{ϵ}_r})}^{-1/2}\approx \sqrt{\frac{\mu }{{ϵ}_0{ϵ}_r}}(1+j\frac{\omega }{{\mathrm{j\omega ϵ}}_0{ϵ}_r})---\left(2\right)$其中μ为自由空间中的磁导率，ε₀为自由空间中的介电常数，ε_r为表层土壤的相对介电常数，σ为表层土壤的电导率，ω为角频率，根据式(2)可得到表层土壤的电磁参数估算公式：相对介电常数${ϵ}_r={\left(\frac{{\eta }_0}{{\eta }_1}\right)}^2---\left(3\right)$电导率$\sigma =\frac{imag\left({\eta }_1\right)}{2*real\left({\eta }_1\right)*{\mathrm{\omega ϵ}}_0{ϵ}_r}---\left(4\right).$