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基于截断降阶模型的有源阵列数据逆散射鲁棒非线性处理。 (英语) Zbl 1451.65136号

摘要:我们介绍了一种新的非线性处理算法,该算法用于对有源传感器阵列收集的数据进行非线性处理,该传感器阵列用脉冲探测介质并测量产生的波。该算法的动机是阵列成像的应用。我们将其描述为一个通用双曲线系统,该系统适用于散射介质中的声波、电磁波或弹性波,该散射介质由一个称为反射率的未知系数建模。成像的目的是反转反射率到阵列数据的非线性映射。许多现有的成像方法忽略了非线性,即在玻恩(单次散射)近似准确的假设下工作。当多次散射显著时,这会导致图像伪影。我们的算法寻求将阵列数据转换为对应于Born近似的数据,因此它可以用作任何线性反演方法的预处理步骤。非线性数据转换算法基于由代理波传播算子定义的降阶模型,该算子具有四个重要性质。首先,它是数据驱动的,这意味着它仅由数据构建,只需要对背景速度(运动学)进行粗略估计。其次,它可以分解为两个对未知反射率具有近似仿射依赖性的算子。这允许计算反射率的傅里叶导数到给出玻恩近似的数据映射。第三,该算法涉及正则化,将数值稳定性和数据拟合与加性数据噪声的标准差阶精度相平衡。第四,该算法的代数性质使其适用于标量(声学)和矢量(弹性、电磁)波数据,无需任何特定修改。

MSC公司:

65立方米 含偏微分方程初值和初边值问题反问题的数值方法
65英尺55英寸 低阶矩阵逼近的数值方法;矩阵压缩
35兰特 PDE的反问题
78A46型 光学和电磁理论中的逆问题(包括逆散射)
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参考文献:

[1] 柯林斯,M。;Kuperman,W.,《海洋声学中的反问题》,《反问题》。,10, 1023 (1994) ·Zbl 0807.35155号
[2] Achenbach,J.,《定量无损评估》,《国际固体结构杂志》。,37, 13-27 (2000) ·Zbl 1073.74503号
[3] Szabo,T.L.,《诊断超声成像:由内而外》(2004),学术出版社
[4] Curlander,J.C。;McDonough,R.N.,《合成孔径雷达:系统和信号处理》,第396卷(1991年),John Wiley&Sons:John Willey&Sons,美国纽约州纽约市·Zbl 0997.94518号
[5] M.切尼。;Borden,B.,《雷达成像基础》,CBMS-NSF应用数学区域会议系列,第79卷(2009年),SIAM·Zbl 1192.78002号
[6] Claerbout,J.F.,《地球内部成像》,第1卷(1985年),布莱克威尔科学出版物:布莱克威尔科学出版社,牛津
[7] Aki,K。;Richards,P.,《定量地震学》。《理论与方法》(1980),弗里曼:弗里曼旧金山
[8] Biondi,B.,3D地震成像,地球物理学研究,第14卷(2006年),勘探地球物理学家学会:勘探地球物理学家协会塔尔萨
[9] 维利厄,J。;Operto,S.,《勘探地球物理学中的全波形反演概述》,地球物理学,74,WCC1-WCC26(2009)
[10] 布罗西耶,R。;Operto,S。;Virieux,J.,通过全波形反演从地震反射数据建立速度模型,地球物理。前景。,63, 354-367 (2015)
[11] 阿布巴卡尔,A。;潘·G。;李,M。;张,L。;哈巴希,T。;van den Berg,P.,使用有限差分对比源反演方法进行三维地震全波形反演,Geophys。前景。,59, 874-888 (2011)
[12] Huang,G.等人。;Nammour,R。;Symes,W.,《通过震源-接收器扩展进行全波反演》,《地球物理学》,82,R153-R171(2017)
[13] 班克斯,C。;Saleck,F.M。;Zaleski,S。;Chavent,G.,多尺度地震波形反演,地球物理学,601457-1473(1995)
[14] Chen,Y.,通过海森堡测不准原理的逆散射,逆概率。,13, 253 (1997) ·Zbl 0872.35123号
[15] 斯托克,C.C。;Symes,W.W.,地震速度反演的平滑目标泛函,反演问题。,19, 73 (2002) ·兹比尔1136.86305
[16] Uhlmann,G.,《旅行时间层析成像》,J.Korean Math。《社会学杂志》,38,711-722(2001)·Zbl 1021.86003号
[17] Beylkin,G.,通过因果广义radon变换反演逆散射问题中的不连续性成像,J.Math。物理。,26, 99-108 (1985)
[18] Beylkin,G。;Burridge,R.,声学和弹性中的线性化逆散射问题,《波动》,第12期,第15-52页(1990年)·Zbl 0706.73031号
[19] 布莱斯坦,N。;科恩,J.K。;John,W.,《多维地震成像、偏移和反演数学》,跨学科应用数学,第13卷(2013年),Springer Science&Business Media·Zbl 0967.86001号
[20] Therrien,C.W.,《离散随机信号和统计信号处理》(1992),普伦蒂斯·霍尔PTR·Zbl 0747.94004号
[21] 博尔恰。;Del Cueto,F.G。;巴巴尼科劳,G。;Tsogka,C.,滤波成像中的随机分层效应,多尺度模型。模拟。,8, 751-781 (2010) ·Zbl 1197.35313号
[22] 博尔恰。;巴巴尼科劳,G。;Tsogka,C.,强散射随机介质中成像的到达时间和方向检测与滤波,波随机复合介质,27,664-689(2017)·兹伯利07659366
[23] 博尔恰。;巴巴尼科劳,G。;Tsogka,C.,《重杂波成像的自适应时频检测和滤波》,SIAM J.imaging Sci。,4, 827-849 (2011) ·兹比尔1237.78001
[24] 阿隆索,R。;博尔恰。;巴巴尼科劳,G。;Tsogka,C.,《强后向散射随机分层介质中的检测和成像》,逆问题。,27,第025004条pp.(2011)·Zbl 1208.78011号
[25] 奥布里,A。;Derode,A.,《随机介质中的检测和成像:克服多次散射和像差的矩阵方法》,J.Appl。物理。,106,第044903条pp.(2009)
[26] 博尔恰。;del Cueto,F.G。;巴巴尼科劳,G。;Tsogka,C.,《成像中确定性层效应的过滤》,SIAM Rev.,54,757-798(2012)·Zbl 1254.35240号
[27] Fomel,S。;兰达,E。;Taner,M.T.,通过地震衍射的分离和成像进行叠后速度分析,地球物理学,72,U89-U94(2007)
[28] Weglein,A.B.,《多重衰减:最新进展和未来道路概述》,Lead。Edge,18,40-44(1999)
[29] 马尔科姆,A.E。;de Hoop,M.V.,基于广义Bremmer耦合级数的逆散射方法,逆问题。,21, 1137 (2005) ·Zbl 1071.35127号
[30] 莫斯科,S。;基尔戈尔,K。;Schotland,J.C.,标量波的逆Born级数,J.Compute。数学。,30, 601-614 (2012) ·Zbl 1289.78006号
[31] Belishev,M.I.,边界控制方法的最新进展,逆问题。,23,R1(2007)·Zbl 1126.35089号
[32] de Hoop,M.V。;开普勒,P。;Oksanen,L.,波动方程反边值问题的精确简化程序,SIAM J.Appl。数学。,78, 171-192 (2018) ·Zbl 1386.35483号
[33] Wapenaar,K。;托贝克,J。;范德诺伊特,J。;Broggini,F。;Slob,E。;Snieder,R.,Marchenko imaging,Geophysics,79,WA39-WA57(2014)
[34] 梅尔斯,G.A。;Wapenaar,K。;Curtis,A.,《利用Marchenko归一化和卷积干涉术重建地震数据中的主反射波》,《地球物理》,第81期,第15-Q26页(2016年)
[35] 德鲁斯金,V。;Mamonov,A.V。;Thaler,A.E。;Zaslavsky,M.,通过基于投影的模型简化实现双曲线问题的直接非线性反演算法,SIAM J.成像科学。,9, 684-747 (2016) ·Zbl 1346.86007号
[36] 德鲁斯金,V。;Mamonov,A.V。;Zaslavsky,M.,通过降阶模型反投影利用声波成像的非线性方法,SIAM J.成像科学。,11, 164-196 (2018) ·兹比尔1401.86006
[37] 博尔恰。;德鲁斯金,V。;Mamonov,A。;Zaslavsky,M.,用数据驱动的降阶模型解开逆散射中的非线性,逆问题。,34,第065008条pp.(2018)·Zbl 1507.65160号
[38] Krein,M.G.,逆Sturm-Liouville问题的解,Dokl。阿卡德。诺克SSSR,76,1,21-24(1951)·Zbl 0042.09501号
[39] Kac,I。;Krein,M.,关于弦的谱函数,Transl。美国数学。社会学,103,19-102(1974)·Zbl 0291.34017号
[40] 德鲁斯金,V。;Knizhnerman,L.,三点二阶差分的高斯谱规则:I.半无限域中的两点正定问题,SIAM J.Numer。分析。,37, 403-422 (1999) ·Zbl 0947.65127号
[41] 博尔恰。;德鲁斯金,V。;Vasquez,F.G。;Mamonov,A.,电阻网络法电阻抗断层成像,(逆向问题和应用:由内而外II.逆向问题和运用:由内而外II,数学科学研究所出版,第60卷(2011年)),55-118·Zbl 1316.65096号
[42] 博尔恰。;德鲁斯金,V。;Mamonov,A.V。;Zaslavsky,M.,抛物型偏微分方程数值反演的模型简化方法,逆问题。,30,第125011条,第(2014)页·Zbl 1323.35207号
[43] 博尔恰。;德鲁斯金,V。;Knizhnerman,L.,关于最优有限差分网格上离散逆谱问题的连续极限,Commun。纯应用程序。数学。,58, 1231-1279 (2005) ·Zbl 1079.65084号
[44] Krein,M.G.,关于二阶一维边界问题的传递函数,Dokl。阿卡德。诺克SSSR,88,405-408(1953)·Zbl 0050.08708号
[45] Marchenko,V.A.,一维二阶微分算子理论中的一些问题,Dokl。阿卡德。诺克SSSR,2457-560(1950)
[46] 盖尔费德,I.M。;Levitan,B.M.,关于从微分方程的谱函数确定微分方程,(Amer.Math.Soc.Transl.(1955),AMS:AMS Providence,RI),253-304·Zbl 0066.33603号
[47] 戈皮纳斯,B。;Sondhi,M.,电报方程的反演和非均匀线的合成,Proc。IEEE,59,383-392(1971)
[48] Habashy,T.M.,广义Gel'fand-Levitan-Marchenko积分方程,逆问题。,7, 703 (1991) ·Zbl 0739.35098号
[49] Burridge,R.、Gelfand-Levitan、Marchenko和Gopinath-Sondhi逆散射理论积分方程,在逆脉冲响应问题的背景下考虑,波动,2305-323(1980)·Zbl 0444.45010号
[50] Symes,W.,《逆边值问题和Gel'fand和Levitan的一个定理》,J.Math。分析。申请。,71, 379-402 (1979) ·Zbl 0425.35092号
[51] Santosa,F.,基于Gelfand-Levitan方法反演声阻抗剖面的数值方案,Geophys。《国际期刊》,70,229-243(1982)·Zbl 0539.73019号
[52] Bube,K.P。;Burridge,R.,反射地震学的一维逆问题,SIAM Rev.,25497-559(1983)·Zbl 0532.73029号
[53] 卡巴尼钦,S.I。;Shishlenin,M.A.,基于Gel'fand-Levitan-Krein方程的二维逆声学问题的数值算法,J.逆病态问题。,18, 979-995 (2011) ·Zbl 1279.35066号
[54] Wapenaar,K。;Broggini,F。;斯洛布,E。;Snieder,R.,《三维单面Marchenko逆散射,数据驱动聚焦,格林函数检索及其相互关系》,Phys。修订稿。,110,第084301条pp.(2013)
[55] 加里凡,K。;格里姆,E。;Sorensen,D。;Van Dooren,P.,关于Lanczos算法的一些修改以及与Padé近似的关系,数学。决议,87,87-116(1996)·Zbl 1075.93506号
[56] 加里凡,K。;格里姆·G。;Van Dooren,P.,模型简化的理性Lanczos算法,数值。算法,1233-63(1996)·兹伯利0870.65053
[57] Dyukarev,Y.M.,Stieltjes矩阵矩问题的不确定性标准,数学。注释,75,66-82(2004)·Zbl 1110.47301号
[58] 佩赫斯托弗,B。;古吉丁,S。;Willcox,K.,用时域Loewner模型进行数据驱动简化模型构建,SIAM J.Sci。计算。,39,A2152-A2178(2017)·Zbl 1448.65087号
[59] 安托拉斯,A.C。;索伦森特区。;Gugercin,S.,《大型系统模型简化方法的调查》,康特姆。数学。,280, 193-220 (2001) ·Zbl 1048.93014号
[60] 古吉丁,S。;Antoulas,A.C.,《通过平衡截断进行模型简化的调查和一些新结果》,《国际期刊控制》,77,748-766(2004)·Zbl 1061.93022号
[61] Golub,G.H。;Underwood,R.,计算特征值的块Lanczos方法,(数学软件(1977),Elsevier),361-377·Zbl 0407.68040号
[62] 格里姆斯,R.G。;刘易斯,J.G。;Simon,H.D.,解稀疏对称广义特征问题的移位块Lanczos算法,SIAM J.矩阵分析。申请。,15, 228-272 (1994) ·Zbl 0803.65044号
[63] 乌尔曼,G。;Vasy,A.,局部测地射线变换的逆问题,发明。数学。,205, 83-120 (2016) ·Zbl 1350.53098号
[64] 沈,P。;Symes,W.W。;Stolk,C.C.,《波动方程偏移的微分相似速度分析》(2003年SEG年会(2003年),勘探地球物理学家学会)
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