航空电磁探测线圈运动噪声特性分析与压制技术研究

作者： 孟洋   来源： 吉林大学 年份： 2017 文献类型 ： 学位论文 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  

描述： 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。

基于双波发射电流的航空电磁数据电导率深度成像

作者： 李静   来源： 吉林大学 年份： 2017 文献类型 ： 学位论文 关键词： 模型融合   分辨能力   查表法   航空电磁探测   双波电导率深度成像  

描述： 航空电磁探测是以电磁感应理论为基础,以飞机为平台搭载电磁勘探装置的地球物理探测方法,具有成本低,效率高,速度快,通用性好,覆盖面积广等优势。航空电磁系统主要发射双极性单脉冲信号完成电磁勘探任务,随着航空电磁勘查技术的发展,CGG公司研发的MULTIPULSE系统可发射双波形,在发射一个传统大功率半正弦波基础上,再发射一个小功率梯形波,实现航空电磁在保持深层目标体探测能力下,提高浅层分辨力。本文针对航空电磁双波响应数据,采用模型融合法和查表法实现双波电导率深度成像(Conductivity Depth Imaging,CDI)。主要研究内容如下:基于航空电磁探测基本原理,在阶跃发射电流的电磁响应计算基础上,根据卷积定理,推导出双波发射电流电磁响应的正演算法,并计算了双波发射电流的全时段电磁响应,对比分析了多种目标体电导率情况下单波与双波电流的电磁响应。根据正演算法,研究了双波发射电流参数对电磁响应的影响,若半正弦波脉宽为4ms,梯形波上升沿和下降沿时宽为0.2ms,双波距为10ms,则当半正弦波脉宽在±0.4ms变化,梯形波上升沿和下降沿时宽在±0.04ms变化,而双波距在±0.02ms变化时,其对应均方相对误差均低于4%。基于传统单波查表法CDI,提出了模型融合的双波电导率深度成像。当电导率为0.1S/m时,双波电磁响应与梯形波响应相近,针对双波中半正弦波与梯形波的电磁响应,分别利用单波查表法获取对应的CDI结果,升序排列两组视深度得到融合深度,经插值算法获得两组相同融合深度下的电导率,利用变参数加权计算得到融合电导率。根据一维大地模型与准二维大地模型仿真结果,表明梯形波响应CDI能够清晰识别浅层异常体,对深层异常没有反映,半正弦波响应CDI能够揭示深层异常体的存在,却屏蔽了浅层目标体导电信息,而模型融合法的双波CDI不仅可以清晰揭示地下浅层导电薄层,还可以较好地反映地下深层低阻异常,增强对地下导电异常体的识别能力。根据双波响应特性,提出了查表法的航空电磁双波电导率深度成像。基于航空电磁双波响应正演计算,建立按时间道划分的梯形波响应(tB)-半正弦响应(sB)-电导率-飞行高度数据表,利用双波响应(tB,sB)进行联合查表,并通过插值算法获得对应时间道的视电导率,然后经扩散深度计算视深度,得到成像深度,最终实现查表法的双波电导率深度成像。根据一维大地模型与准二维大地模型仿真结果,表明梯形波响应查表法不能识别埋深较深的异常体,半正弦波响应查表法对埋深较浅的异常没有反映,而双波响应查表法能够较为清晰地识别地下从浅层到深层的导电目标体。基于航空电磁响应正演算法,计算了薄层深度和围岩电导率改变时低阻模型和高阻模型的电磁响应,利用单波查表法和模型融合法进行成像,并计算视电阻率相对误差,在以10%作为分辨率极限情况下,分析了航空电磁系统对薄层的分辨能力。基于准二维模型加噪数据,对比分析了单波查表法CDI,模型融合法双波CDI及查表法双波CDI对异常体分辨能力的影响,结果表明双波电导率深度成像对异常体具有更好的分辨能力。

基于阶跃电流响应的航空电磁探测电导率深度成像

作者： 姜晓岑   来源： 吉林大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文

描述： 基于阶跃电流响应的航空电磁探测电导率深度成像

航空电磁发射系统吸收保护电路及模块化电源的研制

作者： 孙长玉   来源： 吉林大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文

描述： 航空电磁发射系统吸收保护电路及模块化电源的研制

基于多分量测量的固定翼航空电磁数据电导率深度成像研究

作者： 李冰冰   来源： 吉林大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 多分量测量　　固定翼航空电磁探测　　单分量电导率深度成像　　双分量联合电导率深度成像　　探测能力  

描述： 随着经济水平的不断发展，我国对能源的需求与日俱增，进行高效的资源勘探及开发已势在必行。固定翼航空电磁探测是一种基于法拉第电磁感应定律，以固定翼飞机为载体，采用偶极-偶极收发装置的地球物理探测方法，具有探测效率高、成本低等优势，广泛应用于地质勘查、油气探测、水文普查等领域。固定翼航空电磁数据量庞大，反演解释耗时费力，一般采用电导率深度成像技术(CDI，Conductivity-Depth Imaging)快速处理海量航空电磁数据，得到地下电导率分布图，从而确定地下异常分布。本文依托国家自然科学基金项目“固定翼时间域航空电磁探测整体反演方法研究”以及国家重大科研装备研制专项子课题“航空瞬变电磁系统数据处理与反演成像”，结合固定翼航空电磁探测仪器参数设计，研究了固定翼航空电磁探测三分量一维正演计算以及单分量电导率深度成像算法；基于固定翼航空电磁探测的多分量测量，借助姿态角度等辅助信息，提出了多分量联合电导率深度成像算法，主要研究内容如下：基于航空电磁探测理论，研究了阶跃发射电流的多分量off-time电磁响应计算方法，推导了任意发射电流波形下的多分量二次场全波响应；根据毕奥-萨伐尔定律，得到任意发射电流波形条件下接收线圈处的一次场，从而得到全场响应。基于正演算法，结合仪器参数设计的需要，以梯形发射电流与半正弦发射电流为例，对比研究了不同发射电流参数的电磁响应，经分析得出：若采用梯形发射电流，脉冲宽度为4ms，当上升沿宽度在0.2ms波动，下降沿宽度在0.1ms波动时，电磁响应均方相对误差均低于4%；若采用半正弦发射电流，脉冲宽度为4ms，当脉冲宽度在0.4ms波动时，电磁响应均方相对误差低于4%。固定翼航空电磁探测三分量接收线圈悬挂于飞机下方，难以准确获取大地坐标系下的多分量信息，一般采用总场数据进行解释成像。本文基于正演计算，分析了B场与dB dt电磁响应特点，发现B场能量主要集中在低频段，易于良导体探测；在此基础上分别研究了dB dt与B场的单分量与总场电导率深度成像，仿真实例表明，在良导体探测中，B场较dB dt响应具有更好的成像效果。同时飞行高度及发射电流波形对成像结果的影响表明，飞行高度及发射电流的微小偏差也会引起较大的成像误差。目前随着激光惯导等技术的发展，可以准确测量各分量接收线圈姿态，使得精确获取大地坐标系下的多分量电磁响应成为可能。本文基于多分量测量，结合姿态角度等辅助信息，提出了一种基于B场响应的双分量联合电导率深度成像算法，基于固定翼时间域航空电磁正演理论，建立水平分量磁场(即Bx)-垂直分量磁场(即Bz)-电导率-飞行高度数据表，利用磁场双分量联合查表与插值算法，确定视电导率，根据扩散深度公式得到视深度，并计算成像深度，从而得到双分量联合电导率深度成像结果。本文基于一维大地模型正演数据与准二维大地模型正演加噪数据，分别采用磁场双分量联合查表法、总场查表法和单分量查表法对仿真数据进行电导率深度成像，结果表明磁场双分量联合查表法优于单分量与总场查表法，成像精度提高了7%。最后本文研究了双分量联合电导率深度成像对异常体探测能力的影响，在仪器分辨率为0.01nT时，研究了航空电磁的异常体探测能力，得到同等仪器分辨率下对应大地模型的分辨极限。基于准二维大地模型正演加噪数据，对比研究了Bx分量查表法、Bz分量查表法、总场查表法以及Bx-Bz分量联合查表法对异常体探测能力的影响，结果证明在同等仪器分辨率的条件下，Bx-Bz分量联合查表法对异常体具有更好的探测能力，相当于间接提高了仪器分辨率。

三维频率域航空电磁法的数值模拟及姿态影响和校正研究

作者： 曲昕馨   来源： 吉林大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 航空电磁法　　交错网格有限差分法　　数值模拟　　姿态影响　　姿态校正　　方向   位置综合校正法  

描述： 的VCP线圈系，该比值为1。总姿态变化与方向变化和位置变化有关，总校正因子可以写成方向校正因子、位置校正因子与校正系数乘积的形式。方向校正因子可以通过分析不同线圈系之间的关系得到；而位置校正因子可以通过

时间域航空电磁法发射电流过冲抑制及电源设计

作者： 韩冰   来源： 吉林大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 航空电磁法　　发射电流过冲　　二阶电路　　电源模块　　纹波噪声　　EMI滤波器  

描述： 近年来，伴随着经济的发展，矿产资源在我国的地位越来越重要。我国幅员辽阔，地形构造复杂，森林、湖泊、沼泽和沙漠等地占有很大比重，其中蕴藏着丰富的矿产资源，但是地面的物探设备无法对这些地区进行有效的探测。时间域航空电磁法是以飞行器为运载工具的地质物探方法，其中以直升机为运载工具的探测方法具有迅速、灵便等特点，广泛应用于探测复杂地形的探测任务当中。时间域航空电磁法系统由发射系统和接收系统组成，本文研究的是发射系统中的两个关键技术问题：发射电流过冲抑制技术和升压开关电源技术。本文首先介绍了时间域航空电磁法发射系统的技术指标，分析了发射系统的工作原理，给出了发射系统整体框图，提出本文所解决的关键技术问题。分析了发射电流过冲振荡产生的原理和危害，介绍了加速电阻去过冲方法。提出设计新型去过冲方法的思路，在分析二阶电路工作特性的基础上，提出新型的去过冲电路设计方案，对设计的新型去过冲电路进行了详细的理论计算，并进行了计算机仿真，最终确定了具体的参数取值。结合所设计的去过冲电路设计了去过冲系统，给出去过冲系统整体框图，对双限比较器、驱动信号单片机编程进行了论述。基于时间域航空电磁法探测系统对电源纹波噪声的严格要求，设计了基于VICOR电源模块的升压开关电源系统。介绍了电源模块的技术指标，提出七块电源模块输入并联输出串联的设计方案。首先对单路电源模块进行了设计，分别设计了模块输入前端EMI滤波电路、电源模块外围电路、模块输出端纹波抑制电路，在此基础上设计出整套升压开关电源系统。在上述两个关键技术设计完成之后，进行了实验室测试。对加入本文设计的去过冲电路的发射机发射电流进行了测试，与未加去过冲电路的发射电流过冲振荡和加速电阻去过冲方法进行了对比，结果显示电流过冲得到了有效的抑制，验证了理论设计的正确性和可行性。对单路电源模块进行实验测试，对输出电压、纹波噪声进行了示波器观测，通过测量输入输出电压和输入输出电流计算了工作效率。在单路电源模块实验成功的基础上，对整套电源系统进行了实验测试，测试了最大输出电压波形、不同负载下的输出纹波噪声波形，计算了工作效率，测试结果与预期效果相符，验证了设计的正确性和可行性。最后，通过理论分析和对实际测试结果的分析，提出了几点建议。

时间域航空电磁法电导率成像与反演技术研究

作者： 杨二伟   来源： 吉林大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 时间域航空电磁法　　电导率成像　　反演　　神经网络  

描述： 结合国家自然科学基金项目“放大镜式时间域航空电磁反演关键技术研究”及863计划重大项目“航空地球物理勘查技术系统”的子课题“吊舱式时间域直升机航空电磁勘查理论研究与系统设计”的科研实际，本文深入研究了时间域航空电磁法电导率成像与反演技术。采用高斯数值积分以及G-S变换法，计算了时间域航空电磁阶跃响应，并利用卷积求得任意发射电流对应的on-time和off-time二次场响应。基于正演算法，实现了查表法，一阶导数法和假层半空间查表法三种电导率深度成像方法。以查表法电导率深度成像结果为初始模型，研究了Zohdy反演法，通过迭代调整电导率和深度参数，拟合观测响应得到反演结果。利用神经网络良好的非线性逼近特性，在Zohdy反演法基础上，提出了放大镜式反演算法，在假层半空间查表法电导率深度成像结果基础上选取初始模型，构建其较宽邻域内的地球物理模型并正演计算其响应作为样本集，训练并测试神经网络，将观测响应输入训练成熟的神经网络得到反演结果，当反演模型响应与观测响应拟合误差满足给定精度时停止反演过程。理论模型仿真表明，假层半空间查表法电导率成像在三种成像方法中最具优势；Zohdy法反演模型响应与理论模型响应拟合较好，但存在迭代次数过多以及参数调整过程中拟合误差不收敛的问题；放大镜式反演结果电导率和深度参数与理论模型基本一致。结合长春市郊航空探测模拟飞行实验，对数据进行预处理，并用不同方法进行电导率深度成像，结果表明假层半空间查表法成像结果与实验模型更为接近。本文为时间域航空电磁实际飞行数据成像与反演研究奠定了重要技术基础。

基于主成分的时间域航空电磁数据神经网络反演方法研究

作者： 车宏伟   来源： 吉林大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 时间域航空电磁法　　主成分分析法　　神经网络反演　　电导率深度成像技术  

描述： 结合国家自然科学基金项目“放大镜式时间域航空电磁法反演关键技术研究”及国家863计划重大项目“航空地球物理勘查技术系统”的子课题“吊舱式时间域直升机航空电磁勘查理论研究与系统设计”，在时间域航空电磁数据CDI成像的基础上，采用人工神经网络技术，实现了基于主成分的时间域航空电磁数据神经网络反演。由于航空电磁数据道间的相关性较强，使其与模型参数的映射关系复杂。本文采用主成分分析法用少量主成分代替航空电磁数据，不仅降低了数据道间的相关性，减小了数据量，而且压制了数据的不相关噪声。为了实现主成分反演，利用人工神经网络ANN（Artificial Neural Network）逼近主成分与大地模型参数间的映射关系，避免了传统反演算法中雅克比矩阵的复杂计算。为使反演更具靶向性，先对大地进行电导率深度成像，以其拐点值的某一范围随机选取模型参数，形成反演样本集。通过人工神经网络对反演样本集进行训练和反演，对比层状模型的主成分神经网络与数据神经网络的反演效果，结果显示主成分神经网络反演方法网络结构简单，训练步数少，反演结果好，特别是对于含噪数据。对比准二维模型的主成分ANN和数据ANN的反演结果显示了主成分神经网络具有更接近真实模型的反演效果，进一步证实了主成分神经网络反演方法适合海量航空电磁探测数据反演。除此之外，通过野外模拟飞行实验对采集到的实测数据进行主成分ANN反演，反演效果表明了基于主成分的时间域航空电磁数据神经网络反演对海量航空数据的反演具有实际意义，在学术上具有一定的价值。

基于磁导率和电阻率的频率域航空电磁法正反演研究

作者： 习建军   来源： 吉林大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 频率域航空电磁法　　圆形回线源　　汉克尔变换　　三维相位矢量图　　磁导率   电阻率近似反演法  

描述： 正演问题。在传统相位矢量图的基础上,添加磁导率的计算,绘制包含磁导率、电阻率、飞机飞行高度三个参数的三维相位矢量图,探讨了这种方法的特点。针对磁性区域强磁问题,建立均匀半空间模型,提出了磁导率-电阻率