探地雷达的一种全局优化反演方法

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1、哈尔滨工业大学理学硕上学位论文摘要探地雷达是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁技术。探地雷达资料的地质解释是探地雷达测童的目的，探地雷达反演就是利用雷达响应推断地下介质分布。全局优化算法是解释复杂反问题的一种有前途的方法，本文结合这一方法进行了深入的研究。本文在概述了探地雷达方法和全局优化算法的研究现状和进展后，提出了一种探地雷达的全局优化反演方法。它由两个结合组成:一是作者提出了一种由模拟退火算法和遗传算法相结合的新的混合策略:二是将探地雷达的反演模型与上述全局优化算法的结合。前者为后者提供方法理论指导，后者为前者提供了该方法可行性的应用领域.本文

2、首先从探地雷达的波动方程的研究入手，通过理论推导，推导出简化的Maxwell方程的另一种形式，得出与弹性波波动方程一致的形式。通过分析探地雷达在地下介质中传播时的动力特征，给出雷达波适宜的工作条件及介质参数间的关系。并在已有研究工作的墓础上细致地阐述了一维正演模拟过程.本文对反演所需的全局优化算法进行了改进。算法结构上，提出模拟退火算法和遗传算法相结合，既发挥棋拟退火算法搜索面广，遗传算法收敛快的优点，又克服了前者收敛速度较慢而后者收效容易“早熟”的问题。在算法操作细节上，加入了杰出个体保护策略及自适应调整的遗传操作，加入增加记忆功能的模拟退火操作及

3、收敛准则。从而既防止算法陷入局部最优，又提高收敛速度及搜索效率。本文所提出的全局优化反演方法，是以探地雷达资料的观测数据与正演合成数据之差的平方和作为目标函数，在根据实际所采用的模型空间利用上述全局优化算法来求解极小化问题，从而得到地下介质的参数反演.本文所研究的内容既改进了全局优化算法又丰富了探地雷达的反演方法，从而拓宽了相关方面的发展领域。关键词探地雷达:反演:全局优化;模拟退火算法;遗传算法哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractGroundPenetratingRadar(GPR)isabroad-spectrumelectromagn

4、etictechnologywhichisusedtodeterminedistribution.GPRsurveyaimsatageologicalinterpretationofGPRdata.TheinversionofGPRistodeducetheundergrounddielectricdistributionbyradarresponse.TheGlobalOptimizationAlgorithm，thatisapromisingtechniqueofsolvingcomplexinverseproblems,issystematic

5、allyresearchedinthisthesis.AfterreviewingthecurrentsituationandtheprogressoftheresearchonGPRandtheGlobalOptimizationAlgorithm,thisthesisputsforwardaglobaloptimizationinversionofGPR,whichconsistsintwocombination.First,thethesisadvancesanewmixedtacticwhichcombinestheSimulatedAnne

6、alingAlgorithmwiththeGeneticAlgorithm.Second,itcomesupwithacombinationofinversionofGPRandtheGlobalOptimizationAlgorithm.Theformerprovidesmethodsandtheoreticalguidanceforthelatter,whereasthelattersuppliesappliedfieldsofthepracticabilityofthismethod.Thisthesisbeginswiththestudyof

7、thewaveequationofGPR,andthroughtheoreticaldeduction,reachesaform,whichisinconformitywiththewaveequationofelasticwavesoutofanotherformofthesimplifiedMaxwellequation.ThroughanalyzingthepowerfeaturesofGPRwhenitisspreadingthroughtheundergrounddielectric，thethesispointsoutthefavorab

8、leconditionsfortheworkingofGPRandtherelationshipofdiel