基于核函数的航空瞬变电磁去噪方法研究

发布时间：2020-09-14 12:17

　　航空瞬变电磁法是以飞机为载体、电磁感应为勘探机理的航空物探方法。相比于地面瞬变电磁法,航空瞬变电磁法具有快速、高效、低成本、受地形影响较小等优点,所以航空瞬变电磁法已经广泛应用于沼泽、湖泊、沙漠、山地、海洋和垃圾填埋场等区域的矿产勘查,以及水文、工程、环境的调查和污染监测,特别适合中西部地区恶劣的地质环境。但是由于航空瞬变电磁信号频带较宽,特别是中晚期信号较弱,极易受到外部噪声的干扰。如果不能对电磁信号中的噪声进行有效的抑制,那么就会严重影响数据的可靠性和质量,进而影响后期数据的反演精度。本文依托于“十三五”国家重点研发计划项目课题“直升机航空电磁探测数据处理解释软件系统研发”对航空瞬变电磁数据去噪方法进行研究。首先对航空瞬变电磁数据及噪声进行正演模拟,然后研究线性主成分去噪方法和核主成分去噪方法,同时通过模拟含噪电磁数据编程实现来验证其有效性,最后通过实测数据验证所研究去噪方法的适用性。具体来说,本文主要研究内容如下:(1)基于线性主成分分析的航空瞬变电磁去噪方法。主成分分析法主要利用数据的一阶、二阶统计特性,通过坐标变换获得不相关或近似不相关的各个分量,从而实现信噪分离。本文首先读入含噪数据,然后对该数据归一化并求出零均值的协方差矩阵,再对该协方差矩阵进行特征值分解,获得数据的所有分量,最后通过各分量的能量分析提取信号主成分并进行重构并获得滤波后数据。为了测试线性主成分去噪方法的性能,在实验中使用不同信噪比的电磁数据。实验结果分析说明线性主成分去噪方法的适用范围。(2)基于核主成分分析的航空瞬变电磁去噪方法。由于线性主成分去噪方法只利用了一阶和二阶统计特性,使得该方法不能描述非高斯信号,为此本文推荐使用核主成分分析方法。核主成分分析方法是一种非线性主成分分析方法,其核心是通过非线性变换函数把原始数据映射到核空间,使得原来在原始数据空间中只能用非线性主成分分析的数据转换为在核空间中可以用线性主成分分析的数据。因此,作为一种非线性主成分分析方法,核主成分分析可以利用高阶统计特性,从而能较好地描述非高斯信号。本文首先读入含噪数据,然后对该数据归一化并通过核函数计算出核空间中的数据分量,根据对核空间中的各分量分析,最后通过逼近方法获得主分量在原始数据空间中的源像并重构,实现信噪分离。为了测试核主成分去噪方法的性能,在实验中使用和线性主主成分去噪方法相同的含噪电磁数据。实验结果分析显示核主成分去噪方法比线性主成分去噪方法具有更好的去噪效果。(3)为了验证不同核主成分去噪方法对实测数据的适用性,本文使用上述方法对新疆哈密某探区的野外航空飞行实测数据进行去噪处理,并对其去噪性能进行评价。
【学位单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P631.326
【部分图文】：

电磁勘探,航空,电磁,时间域

航空电磁勘探简易图

示意图,垂直磁偶极源,水平层,示意图

12图 2-1 水平层状垂直磁偶极源示意图如图2-1所示，对于位于地面以上 z = h处的垂直磁偶极源，其磁矩为zmμ ，其磁化矢量为( ) ( ) ( )zM = mu δ x δ y δz + h（2-34）由于抗阻率 z 存在下面关系式z = iuω（2-35）将方程（2-34）和（2-35）代入方程（2-12）可得( ) ( ) ( )0 smJ = z m δ x δ y δz + h（2-36）将（2-36）代入（2-32），可得垂直磁偶极源的特解（一次场），满足下面的微分方程( ) ( ) ( )2 20 F + k F = z m δ x δ y δz + h（2-37）根据格林函数的解类比（纳比吉安,1992），在偶极与大地之间有0 000 2u h u zz mF e eu = （2-38）因为对称，所以电流沿着水平方向流动，电场的垂直分量是不存在的，而且水平层状大地上的垂直磁偶极的电场是TE 场。类比于水平层状介质的通解形式（纳比吉安,1992），方程（2-38）中的pF 为

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航空实测数据去噪前剖面图

【参考文献】