非定向模式反射彈性波界面定位的理論與應(yīng)用.pdf

1、方位探測(cè)技術(shù)以提供目標(biāo)的空間位置為主要任務(wù)，是進(jìn)行目標(biāo)搜索、定位和跟蹤的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)探測(cè)范圍是全空間區(qū)域時(shí)，目前僅有以雷達(dá)為代表的定向方位探測(cè)技術(shù)才能提供準(zhǔn)確的目標(biāo)方位；非定向方位探測(cè)技術(shù)面臨的主要問題是無(wú)法唯一地確定目標(biāo)的空間位置。有鑒于此，本文以非定向反射彈性波方位探測(cè)技術(shù)為對(duì)象，針對(duì)其中的方位非唯一性問題展開研究工作，主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　論文從波場(chǎng)特征的角度解釋了非定向探測(cè)技術(shù)需要考慮方位非唯一性的原因：非定向探

2、測(cè)系統(tǒng)的輻射波場(chǎng)具有對(duì)稱性；從實(shí)際操作的角度回答了反射波方位探測(cè)時(shí)傾角的測(cè)量不會(huì)出現(xiàn)方位非唯一性的原因：利用接收器與激勵(lì)源的位置關(guān)系可以對(duì)反射波進(jìn)行分類，進(jìn)而判斷出界面的走向。此外，因?yàn)榕c目標(biāo)方位一一對(duì)應(yīng)的波矢方向無(wú)法通過(guò)單個(gè)接收器測(cè)量，所以體波波矢方向與偏振方向（或位移矢量方向）之間的非一一對(duì)應(yīng)關(guān)系決定了非定向探測(cè)技術(shù)中方位非唯一性存在的必然性。對(duì)波矢方向與偏振方向的分析表明：即使是三維空間中的目標(biāo)定位，依靠信號(hào)處理技術(shù)就可以將目標(biāo)方

3、位角限定為兩個(gè)相差180°的角度。然而，這也是信號(hào)處理技術(shù)所能得到的最好結(jié)果；唯一地確定目標(biāo)方位角還需要借助一定的輔助信息來(lái)實(shí)現(xiàn)。在反射波探測(cè)技術(shù)中，激勵(lì)源的信息屬于已知信息、是作為輔助信息的首選，但是如何利用這一信息，還需要深入研究波的反射行為。
　　論文推導(dǎo)、分析了彈性波位移反射系數(shù)與法應(yīng)力反射系數(shù)的形式表達(dá)式，得到了上述反射系數(shù)間的符號(hào)關(guān)系：在與源和接收器連線垂直的方向上，法應(yīng)力反射系數(shù)與位移反射系數(shù)具有相反的符號(hào)。由于反射

4、系數(shù)符號(hào)的正或負(fù)分別對(duì)應(yīng)著反射波與入射波間保持形狀一致或波形反轉(zhuǎn)，所以這一波動(dòng)規(guī)律實(shí)際上體現(xiàn)的是反射行為對(duì)同一道反射波不同觀測(cè)量的波形改變效果。
　　針對(duì)井外界面遠(yuǎn)探測(cè)問題，論文研究了彈性波傳播過(guò)程中的波形變化。結(jié)果表明：在井下聲反射遠(yuǎn)探測(cè)時(shí)，即使是耗散介質(zhì)且存在一定程度的速度頻散，導(dǎo)致波形反轉(zhuǎn)的主要原因仍然是波的反射。這說(shuō)明在實(shí)際應(yīng)用中，利用波形是否反轉(zhuǎn)分析波的反射行為是可行的。
　　其后，本文給出了反射波方位探測(cè)中唯一確

5、定界面方位角的方法，分析了這種方法的應(yīng)用前景。盡管增加了一個(gè)觀測(cè)量，但是該技術(shù)充分利用了激勵(lì)源的信息，可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位。與傳統(tǒng)的非定向探測(cè)技術(shù)相比，其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在目標(biāo)定位上，即唯一地確定了方位角；與定向探測(cè)技術(shù)相比，其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在對(duì)的目標(biāo)時(shí)時(shí)監(jiān)控上，即不需要探測(cè)儀器轉(zhuǎn)動(dòng)。
　　最后，本文利用時(shí)域有限差分技術(shù)進(jìn)行了數(shù)值實(shí)驗(yàn)，測(cè)試了文中提出的方位角確定技術(shù)。數(shù)值實(shí)驗(yàn)所采用的模型有兩種：?jiǎn)我唤缑婺Ｐ秃蛦尉上衲Ｐ?。利用?shù)值模