探地雷达因其无损探测的特性被广泛应用。然而，无遮蔽雷达天线激发的电磁波可以在空气中传播，当遇到地面异常体(如树木和石块)时将产生绕射回波（图1），从而对地下反射波和绕射波造成干扰，必须设法压制。现有的地表绕射波分离方法效果不佳，对有效信号损伤较为明显。
图1 探地雷达观测系统与地表绕射波示意图
中科院地质与地球物理所地球与行星物理院重点实验室的博士生李超与导师张金海研究员等合作，开发了一种基于迭代Stolt偏移/反偏移的地表绕射波分离方法。他们首先利用真空中的光速开展Stolt聚焦偏移以识别绕射波，并对识别出的偏移域绕射波顶点进行反偏移，从而生成未偏移域的窗函数，并对输入的探地雷达数据进行分割，形成以该绕射波为主体的数据体(图2c)，剩余的数据体(图2b)则以地下反射波和绕射波为主。利用真空中的光速对窗内的数据进行Stolt偏移，从而使地表绕射波聚焦在偏移域中的局部区域而免受窗外信号对其形成干扰(图2d)。相比之下，原本被地表绕射波所掩盖的有效信号(即窗口内的有效信号)经过偏移后会被拉伸，从而与聚焦的地表绕射波进一步分离，只有极小部分仍被覆盖（图2d）。此时，在偏移域利用新的窗函数再一次分离地表绕射波和有效信号，并且分别对二者进行反偏移，就能得到第一次迭代恢复的有效信号(图2h)和地表绕射波(图2g)。最后，分离出的地表绕射波中仍残存一些微弱的地下有效信号(图2g)，将其作为下一轮迭代的输入数据，但采用亚光速和超光速进行完全一致的二次乃至三次分离，就可以进一步分选出更多残存的地下有效信号（图3）。
图2 基于光速的聚焦偏移及地表绕射波分离过程及结果
图3 基于多速度迭代偏移的地表绕射波分离过程及结果
探地雷达野外数据测试结果表明（图4）：新方法能够有效去除地表绕射波，且几乎不损伤地下的反射波和绕射波。该方法对于裸露天线探地雷达的数据处理和地下结构成像具有重要意义，对于地外天体雷达探测也具有实际意义。
图4 实际数据地表绕射波分离结果（左侧为孤立地表绕射波，右侧为重叠地表绕射波）
研究成果发表于勘探地震学领域权威期刊Geophysics (李超, 林羿, 吕文敏, 张金海*. Eliminating above-surface diffractions from ground-penetrating radar data using iterative Stolt migration[J]. Geophysics, 2021, 86(1): H1-H11. DOI: 10.1190/GEO2019-0796.1)