航空电磁探测线圈运动噪声特性分析与压制技术研究

【类型】学位论文

【作者】孟洋 

【关键词】 特性分析,最小噪声分离,航空电磁探测,线圈运动噪声

【摘要】航空电磁探测是一种以飞行器为载体,基于电磁感应原理的地球物理探测方法,具有地形适应能力强、效率高的特点,并适用于大比例尺、高精度、高分辨率探测。因其飞行测量的特殊探测方式,会引入大量噪声,其中线圈运动噪声的幅度较大,因此,对线圈运动噪声的特性分析研究势在必行,其既能为探测仪器硬件系统的研制提供理论支撑,如改良线圈的机械结构、安装与悬挂方式和减小吊舱的姿态变化及振动效应等,也能为飞行测量数据的软滤波方法奠定基础。论文依托于国家重大科研装备项目子课题“航空瞬变电磁系统(全航空)仿真、数据处理与反演”和国家高技术研究发展计划(863计划)“吊舱式时间域直升机航空电磁勘查数据处理与成图关键技术”,分析了线圈运动噪声产生机理,推导了三分量线圈运动噪声计算公式,研究了z分量线圈运动噪声计算结果的时频特征和统计特性,采用超晚期插值法和最小噪声分离变换法压制实测线圈运动噪声。论文的主要研究内容和研究成果如下:根据航空电磁探测线圈运动噪声的产生机理,推导出航空电磁探测三分量线圈运动噪声计算公式。利用野外航空探测飞行实验中获取的接收线圈姿态角度roll、pitch和yaw,计算了单一姿态角度变化情况下和多姿态角度同时变化情况下的三分量线圈运动噪声。研究表明,x分量线圈运动噪声与姿态角度roll无关,y分量线圈运动噪声与姿态角度pitch无关,z分量线圈运动噪声与姿态角度yaw无关。以z分量线圈运动噪声的计算结果和野外飞行测得的线圈运动噪声为例,研究了航空电磁探测线圈运动噪声及其在剖面上的时域和频域特征。为研究姿态角度和线圈运动噪声之间的关系,利用短时傅里叶变换和小波变换对姿态角度roll与pitch、z分量线圈运动噪声的计算结果进行了时-频分析,结果显示姿态角度roll和pitch及其变化率都会影响z分量线圈运动噪声计算结果的时域和频域特性。研究了航空电磁探测线圈运动噪声的统计特性,利用统计直方图和概率分布纸来分析数据的高斯性,证明了姿态角度roll与pitch、z分量线圈运动噪声和实测线圈运动噪声都基本符合高斯分布,为航空电磁探测线圈运动噪声的压制方法提供理论基础。基于航空电磁探测线圈运动噪声的特性分析,采用超晚期插值法和最小噪声分离变换法分别在航空电磁探测原始数据和剖面数据上压制线圈运动噪声。将原始数据每一个半周期数据的晚期道连接,插值形成近似基线,即模拟线圈运动噪声,然后将其在原始数据中加以去除。采用超晚期插值法将野外实测原始线圈运动噪声水平由±8 m V降低至±3 m V,可将含有异常的测线剖面上的噪声水平由±40 n T/s降为±25 n T/s。最小噪声分离变换采用噪声协方差的特征值和特征向量对剖面数据进行噪声白化处理,对未知噪声进行估计是最小噪声分离的重要核心技术,本文用自适应窗宽滤波技术对噪声进行估计,经最小噪声分离(MNF)变换处理的测线数据,在不影响异常幅值和形态的前提下,异常测线剖面噪声水平降至±10 n T/s,该方法能够有效的压制晚期道噪声。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】吉林大学

【学位授予年度】2017

【导师姓名】朱凯光

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