吊舱式时间域直升机航空电磁数据处理方法研究

论文摘要

时间域航空电磁法具有良好的水平分辨能力,便于解释,效益高,有效勘探深度大等特点,因而得到了持续的发展。由于时间域电磁数据,特别是晚期数据受到的干扰较大,如果不对数据进行预处理,将会影响数据的分析和解释精度。本文结合国家863重大项目子课题数据处理和基础图件编制的方法研究与软件开发,研究吊舱式时间域直升机航空电磁数据处理的方法。本文首先调研了影响时间域航空电磁勘探的噪声,系统总结了噪声的类型,来源,特性及去噪方法。其次介绍了数据质量控制方法,并且在此基础上详细阐述了平滑滤波方法；最后,为了得到更多的有用信息及所选去噪方法是否合理,对时间域航空电磁数据进行了时频分析。对于质量控制,文中选用了三个标准,分别是航迹监控,飞行高度监控,和噪声水平监控。对于航迹监控和飞行高度监控,采用误差统计的方法,首先计算出偏差,与规范对比,同时可视化航迹曲线与设计标准航线,能更清晰地观察偏离程度,最后判断是否满足允许误差。噪声水平估计,使用即时信噪比估计算法,这也是首次对时间域航空电磁数据噪声即时水平估计作出研究,该方法估计效果明显,能够正确地估算出每个时间点的噪声水平,准确率高,快速,适合飞行实时处理。质量监控的这三项指标为是否进行重新飞行提供了可靠的依据。时间域航空电磁勘探受到噪声影响很大,基于此,本文选用三种滤波方法,包括传统的中值滤波,现代信号处理方法之一的小波滤波方法,以及首次将天文学中的Vondrak平滑法引入。中值滤波具有非线性滤波的优点,特别是对于脉冲性噪声有很好的抑制作用,小波滤波有它优越的多分辨性与自适应性,文中选用的是db3小波。针对中值滤波和小波滤波的结果,进行了误差分析,两种方法都能有效的去除噪声,同时还对实测数据进行了噪声统计分析,发现噪声特征与随机白噪声相似。而Vondrak方法平滑效果的好坏取决于平滑因子的选取,因此使用了频率响应法和平滑误差法来选择变化平缓的平滑因子。对于其平滑结果,进行了不同平滑因子对应平滑结果的标准差分析,表明对应结果中标准差小的平滑因子与之前选择的平滑因子一致。也即,这三种方法都比较适合于时间域航空电磁数据处理。为了进一步获得更多的有用信息和说明信号的特征,本文使用了Gabor展开和魏格纳-维尔分布首先分析了三种地电模型的瞬变电磁响应。然后对正演模拟信号进行时-频分析,进而对实测时间域航空电磁信号进行了时频分析,发现时频分析能够有效的区分不同地电断面的响应且噪声更多地表现为高频。信号能量集中在低频早期阶段,并随着时间衰减很快,这反映了二次涡流场随渗透深度逐渐减弱。时间道信号的时频分析表明：该方法有一定的识别异常位置的能力。这为我们后续的地球物理模拟分析和地质解释都提供了一定的理论依据。总之,本文按照完整的吊舱式时间域直升机航空电磁信号数据预处理流程所必须的方法进行研究,这些数据分析和处理方法的研究为获得高质量的数据和提高后续的解释精度奠定了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 时间域航空电磁基本理论
• 1.2 直升机时间域航空电磁发展现状
• 1.3 航空电磁数据处理方法发展现状
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 时间域航空电磁勘探噪声来源及特性分析
• 2.1 仪器噪声
• 2.1.1 仪器噪声来源
• 2.1.2 仪器噪声特性
• 2.1.3 仪器噪声的去噪方法
• 2.2 地质噪声
• 2.2.1 地质噪声来源
• 2.2.2 地质噪声特性
• 2.2.3 地质噪声的去噪方法
• 2.3 电磁噪声
• 2.3.1 电磁噪声来源
• 2.3.2 电磁噪声特性
• 2.3.3 电磁噪声的去噪方法
• 第3章 时间域航空电磁数据质量控制
• 3.1 航迹监控
• 3.2 行高度监控
• 3.3 噪声水平估计
• 3.3.1 噪声水平估计模型
• 3.3.2 噪声水平估计算法
• 3.3.3 噪声水平估计实验及分析
• 第4章 时间域航空电磁数据滤波方法研究
• 4.1 Vondrak平滑方法
• 4.1.1 Vondrak平滑法基本原理
• 4.1.2 平滑公式的推导
• 4.1.3 Vondrak对平滑法原理的改进
• 4.1.4 实验结果及分析
• 4.2 中值滤波
• 4.2.1 中值的属性
• 4.2.2 中值滤波器
• 4.2.3 实验结果及分析
• 4.3 小波滤波
• 4.3.1 小波滤波原理
• 4.3.2 小波特性分析
• 4.3.3 实验结果及分析
• 第5章 时间域航空电磁数据的时频分析
• 5.1 时频分析的基本原理
• 5.2 时频分析方法研究
• 5.3 实验结果及分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果