《时间域航空电磁数据全波成像与处理技术研究》.ppt

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1、时间域航空电磁数据全波成像与处理技术研究,姓名：马铭遥专业：测试计量技术及仪器导师：朱凯光 教授日期：2013年6月 日,Study on Full-waveform Imaging and Processing of Time-domain Airborne Electromagnetic Data,答辩提纲,研究背景及国内外发展现状,研究背景及国内外发展现状,Geotech 公司VTEM系统,Fugro公司 MEGA TEM系统,研究背景及国内外发展现状,直升机式时间域航空电磁探测示意图,发射电流波形和对应的二次场衰减曲线示意图。图(a)双极性矩形波；(b)断电后二次场衰减曲线,研究背景及

2、国内外发展现状,研究背景及国内外发展现状,国内,答辩提纲,时间域航空电磁法全波响应正演计算,中心回线方式垂直磁场分量的计算,接收线圈内感应电动势的计算,经拉式变换得到电流关断后归一化感应电动势,拉式逆变换,1、时间域航空电磁off-time段响应正演计算,时间域直升机式航空电磁探测系统中心回线测量方式示意图,时间域航空电磁法全波响应正演计算,高斯数值积分法计算汉克尔变换,将步骤(1)式带入步骤(3)式，交换求和、积分顺序，对被积函数求和计算G-S变换后，再采用高斯数值积分法，计算汉克尔变换，即可得到时间域航空电磁阶跃响应,由于发射电流为双极性周期方波，可按下式计算周期方波的响应,td为方波脉宽

3、，n取2,2、时间域航空电磁on-time段响应正演计算,根据垂直偶极子在频率域的电磁场计算公式和傅里叶变换对，得到时间域对应的响应为,根据卷积性质及阶跃响应和冲击响应的关系,得到时间域电磁响应计算公式,时间域航空电磁法全波响应正演计算,时间域航空电磁法全波响应正演计算,半正弦波形全波响应,梯形波全波响应,答辩提纲,时间域航空电磁全波数据电导率深度成像技术,时间域航空电磁全波数据电导率深度成像技术,时间域航空电磁全波数据电导率深度成像技术,算法流程图,时间域航空电磁全波数据电导率深度成像技术,时间域航空电磁全波数据电导率深度成像技术,答辩提纲,时间域航空电磁一次场计算与去除,1、一次场计算,磁

4、偶极子周围磁场的一般表达式为,本系统研究在Z分量上的磁场感应，则接收线圈一次场Z分量上的表达式为,进而求得在Z分量上的感应电动势,正弦波on-time一次响应示意图,时间域航空电磁一次场计算与去除,固定翼时间域航空电磁勘查系统示意图,接收线圈位置变化引起的一次场相对变化,时间域航空电磁一次场计算与去除,发射线圈姿态变化引起的一次场相对变化,时间域航空电磁一次场计算与去除,预测性过滤算法去除一次场,利用飞机高空飞行的飞行参数（接收线圈在XYZ三个方向上的运动距离，发射线圈绕XY轴的旋转角度）构造矩阵,（N为滤波器的延迟，M为测线上采样点与N的差，a、bg代表飞机的不同飞行参数）,由奇异值分解得，

5、用阻尼最小二乘和奇异值分解来求，则有,利用飞机在探测飞行高度的飞行参数构造系数矩阵X及滤波器系数h计算一次场,时间域航空电磁一次场计算与去除,利用此式用迭代的方法逐次修改h，直到满足设定的标准。,X=,理论一次场与预测一次场示意图,时间域航空电磁一次场计算与去除,答辩提纲,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,时间域航空电磁数据噪声水平评价方法：对于晚期道不衰减的部分的均方根作为噪声水平。,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,梳状滤波技术,在测线内，由于大地电性差异较小，航空电磁数据存在较强的周期性，信号中含有基频及其奇次谐波，本系统的基频为25Hz，因此数据频率主要集中在25Hz、

6、75Hz、125Hz，由于信号频率范围较宽，采用低通滤波等常规方法效果不明显，针对信号的特点，采用梳状带通滤波器，既能保留特定的频率分量，又能抑制其他频率分量。,梳状滤波器幅频特性图,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,原始信号进行傅里叶变换,设计窗函数,幅值与窗函数对应频率相乘,进行傅里叶逆变换,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,实测数据处理结果，(a)为滤波前示意图，(b)为滤波后示意图,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,早期震荡去除技术,时间域航空电磁勘查系统发射线圈电流瞬间关闭，往往造成接收线圈感应电动势早期信号出现震荡，

7、对后期数据处理造成一定干扰。,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,(a),(b),取高空背景数据的电流和每一道对应的数据，通过拟合求得每一道感应电动势与电流的比值，如图所示,根据各道的比值及实测数据的电流对数据进行补偿,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,数据叠加技术,早期数据信噪比高，叠加的窗较窄，晚期道数据信噪比低，窗较宽,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,电导率深度成像图,电导率深度成像图,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,答辩提纲,总

8、结及下一步研究建议,总结,正演计算了发射电流为半正弦的on-time和off-time段响应。分别利用查表法对on-time和off-time数据进行了电导率深度成像处理，结果发现on-time电导率深度成像能更好的反应出浅层的高导体。研究了时间域航空电磁数据处理方法，主要包括一次场的计算和去除，梳状滤波，非线性叠加，早期震荡的去除等技术，实验证明这些技术对于噪声的压制起到了良好的效果。,建议,优化迭代算法，使之收敛速度更快，精度更高对数据处理程序进行优化，提高数据的处理速度将on-time和off-time CDI结果进行整合处理,总结及下一步研究建议,致谢,感谢我的导师朱凯光教授对我的悉心

9、指导与关怀！感谢我的父母对我多年的养育与教导！感谢324师兄弟姐妹对我的帮助！感谢所有帮助过我的同学朋友！,攻读硕士期间发表的论文,Zhu kaiguang，Ma Mingyao,Che Hongwei,Yang Erwei,Ji Yanju,YuShengbao,LinJun.PC-based artificial neural network inversion for airborne time-domain electromagnetic data.Applied Geophysics.Vol.9,NO.1(March2012),P.18.(SCI检索),谢 谢！,欢迎各位老师提出宝贵意见,