We introduce a novel approach to waveform inversion, based on a data driven reduced order model (ROM) of the wave operator. The presentation is for the acoustic wave equation, but the approach can be extended to elastic or electromagnetic waves. The data are time resolved measurements of the pressure wave gathered by an acquisition system which probes the unknown medium with pulses and measures the generated waves. We propose to solve the inverse problem of velocity estimation by minimizing the square misfit between the ROM computed from the recorded data and the ROM computed from the modeled data, at the current guess of the velocity. We give the step by step computation of the ROM, which depends nonlinearly on the data and yet can be obtained from them in a non-iterative fashion, using efficient methods from linear algebra. We also explain how to make the ROM robust to data inaccuracy. The ROM computation requires the full array response matrix gathered with co-located sources and receivers. However, we show that the computation can deal with an approximation of this matrix, obtained from towed-streamer data using interpolation and reciprocity on-the-fly. While the full-waveform inversion approach of nonlinear least-squares data fitting is challenging without low-frequency information, due to multiple minima of the data fit objective function, we show that the ROM misfit objective function has a better behavior, even for a poor initial guess. We also show by an explicit computation of the objective functions in a simple setting that the ROM misfit objective function has convexity properties, whereas the least squares data fit objective function displays multiple local minima.


翻译:我们根据数据驱动的波浪操作员减序模型(ROM),采用新颖的波形变换方法。 演示是用于声波方程式的, 但该方法可以扩展至弹性波或电磁波。 数据是用于探测未知介质并测量生成波的获取系统所收集的压力波的时间分辨率测量。 我们提议通过将从所记录的数据和从模型数据中计算出来的ROM之间的方位误差最小化来解决速度估算的反向问题。 我们用目前速度的猜测来逐步计算ROM, 它不线性依赖于数据或电磁波。 数据是用从直线变代数采集的高效方法收集的。 我们还解释了如何使ROM与数据不准确。 我们的计算需要用共位来源和接收器收集全阵列响应矩阵。 然而, 我们的计算可以处理这个从最差的流数据中获取的近似值, 以非线性化的数据, 以非线性化的方式从它们获得非直线性化的数据, 以非直径直径的直径直径直值 数据功能 。 显示一个不直径直径直径直径直的轨道数据功能 。 。 。 我们的精确的计算要求的精确的精确的轨道运行的精确的轨道, 将数据功能显示一个不直径直径直对正方的轨道,, 直径直对流数据功能显示一个不直的轨道 。

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