基于MSFM算法与最速下降法的射线追踪技术

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基于MSFM算法与最速下降法的射线追踪技术
- 1、射线追踪效果
- 2、技术原理
- 3、代码
上面的代码是是主程序代码，包含的两个子函数在网上可以找到，代码较长，我整理成文件夹上传到CSDN资源，欢迎感兴趣的读者下载学习交流。
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1、射线追踪效果

为了方便展示射线追踪的过程，用matlab将射线追踪过程做成了gif动图的形式，直观的展示一下跨孔方式的射线追踪效果，如下图所示，左图是波前走时等值线图（波前走时场），右图是射线路径图。

上图对应的速度场如下图

（上图用matlab画的较粗糙，没做调整，但速度场形态和位置都是正确的）

2、技术原理

具体的原理可以看文献，比如‘基于HAFMM的无射线追踪跨孔雷达走时层析成像’及其相关的文献，讲的很详细，我也是看的这些文献学习的。

3、代码

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clear
clcformat long;% 此程序是运行MSFM算法
% 用最速下降法得到接收点的走时与路径disp('开始MSFM算法计算程函方程得到走时场...')
pause(1);% 保存数据的文件名
outfile = '模型正演数据v03.dat';% 初始化参数
% 网格单元个数
nex = 201;
ney = 301;% 网格间距,单位为米。
dx = 0.1;
dy = 0.1;% 总的网格单元个数
nexy = nex*ney;% 给定初始速度模型
vp2d = zeros(ney,nex);% 背景的速度
vp2d(1:ney,1:nex) = 2000;
% 异常体的速度
vp2d(120:200,50:90) = 4500;vp2d(20:50,150:170) = 500;% 显示速度模型
figure(1),pcolor(vp2d);shading flat;axis equal% 发射点的坐标
% 发射点占横向网格单元的个数为X坐标。
% 发射点占纵向网格单元的个数为Y坐标。
% 钻孔两边设置30个发射点，T代表发射点，R代表接受点。nPoint = 30;
xt = 1*ones(1,nPoint);
yt = linspace(6,296,nPoint);xr = 201*ones(1,nPoint);
yr = linspace(6,296,nPoint);tic
nRay = nPoint*nPoint;
Vmean = vp2d/dx;% 发射点组成的矩阵
SourcePoints = [yt;xt];
% 接收点组成的矩阵
ReceivePoints = [yr;xr];% 运行msfm2d程序，得到走时场，并提取接收点处的走时值。
% 每条射线的网格坐标及走时
TRpoints_firstTime = zeros(nRay,5);tbegin = cputime;
for i = 1:30% i = 20;fprintf('\n');pause(0.5);  % 等待一秒，观察图像SourcePoint = SourcePoints(:,i);Traveltime = msfm2d(Vmean,SourcePoint,true,true);figure(2);set(gcf,'position',[100 100 1150 600]);subplot(1,2,1),contourf(Traveltime*1e3,20);colormap(jet),h = colorbar;h.Label.String  = 'Time(ms)';h.Label.FontWeight = 'bold';axis([-.5 202.5 -.5 302.5]);xlabel('Distance(m)','FontWeight','bold');ylabel('Depth(m)','FontWeight','bold');nx = linspace(0,201,5);ny = linspace(0,301,7);set(gca,'ydir','reverse','ytick',ny);set(gca,'yticklabel',{'0','-5','-10','-15','-20','-25','-30'});set(gca,'xtick',nx,'xticklabel',{'0','5','10','15','20'});set(gca,'xaxislocation','top');set(gca,'fontsize',16,'fontname','times new roman');firstTime(1+(i-1)*nPoint:i*nPoint) = Traveltime(yr,nex);jieshou = [xr',yr'];fashe_reverse = fliplr(SourcePoint');fashe = repmat(fashe_reverse,nPoint,1);TRtime = Traveltime(yr,nex);TRpoints_firstTime(1+(i-1)*nPoint:i*nPoint,:) = [fashe,jieshou,TRtime];tran = SourcePoint;% rec = [301,201];T = Traveltime;x_begin = 0;y_begin = -0.05;di = 0.1;for j = 1:30aaa = ReceivePoints(:,j);rec = aaa';[raylength,raypath] =steepest_descent_raytracing(T,tran,rec,x_begin,y_begin,di);subplot(1,2,2),hold onplot(raypath(1,:),raypath(2,:),'r-');xlabel('Distance(m)','FontWeight','bold');ylabel('Depth(m)','FontWeight','bold');set(gca,'xaxislocation','top');axis([-.3 20.3 -30.1 .1]);box ongrid onset(gca,'fontsize',16,'fontname','times new roman');end%     outputfile = strcat('CT',num2str(i),'.png');
% %     disp(outputfile);
%     print(outputfile,'-dpng');tend = cputime - tbegin;%     if i == 1
%         tend = tend1;
%     else
%         tend = tend - tend1;
%     endfprintf('第 %d 个发射点计算时间为 %g 秒\n',i,tend);
%     fprintf('运行 %d 个发射点计算时间为 %g 秒\n',i,tend1);
end% 将网格数据转化为坐标数据
TRpoints_firstTime(:,1:4) = TRpoints_firstTime(:,1:4)*dx - dx;
% 保存数据
dlmwrite(outfile,TRpoints_firstTime,...'delimiter',' ','precision','%.6f');
toc
fprintf('\n');
tend = cputime;
stime = tend - tbegin;
sout = sprintf('总耗时 %g 秒',stime);
disp(sout);

这段程序计算的结果不是很准确，但是我还未发现问题出在哪里，希望感兴趣的读者帮忙指出问题，我再修改一下。

上面的代码是是主程序代码，包含的两个子函数在网上可以找到，代码较长，我整理成文件夹上传到CSDN资源，欢迎感兴趣的读者下载学习交流。

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3、代码

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