基于阶跃电流响应的航空电磁探测电导率深度成像

发布时间：2017-07-29 04:10

  本文关键词：基于阶跃电流响应的航空电磁探测电导率深度成像

  更多相关文章： 航空电磁探测 电导率深度成像 阶跃电流响应 镜像深度 仪器系统探测能力

【摘要】：航空电磁法是一种以电磁感应原理为基础,利用飞机运载收发装置的地球物理探测方法。通过对接收装置测量到的电磁数据进行反演可以获得地下介质的分布信息,但由于实测数据量庞大,导致反演耗时过长,而电导率深度成像可以快速得到地下电导率分布图,确定地下异常分布情况,在实际探测中有更广泛的应用。此外,针对不同大地模型电导率深度成像结果的分析,对于航空电磁探测仪器的设计具有指导意义。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”,计算了航空电磁探测B场、d B/dt响应并实现了任意发射电流响应到标准阶跃电流响应的变换;研究了基于阶跃电流响应的电导率深度成像算法,并通过电导率深度成像结果对航空电磁系统的探测能力进行研究。论文的主要内容及研究成果如下:(1)根据航空电磁探测理论,计算了系统发射波形为阶跃电流时的B场响应,考虑到航空电磁探测中系统发射电流的多样性,利用卷积性质,计算了任意发射电流情况下的B场响应,从而得到了系统发射波形为阶跃电流及任意电流时的d B/dt响应;针对实际航空电磁探测中测量的为d B/dt响应,对d B/dt响应采用数值积分计算实际探测中B场响应,并利用仿真实验,将系统不同发射波形时的B场响应结果与d B/dt响应积分计算出的B场响应结果进行对比,均方相对误差均低于0.1%。(2)进行了航空电磁探测发射波形对电磁响应及电导率深度成像的影响研究,并在Tau域中采用SVD分解将任意发射电流响应变换为标准阶跃电流响应。利用阶跃电流响应与任意发射电流响应在Tau域分解的相似性,将阶跃电流响应分解出的e指数基底函数,与任意发射电流的导数进行卷积,以卷积结果为基底对任意发射电流响应进行分解,获得分解系数,将分解系数与阶跃电流响应的e指数基底函数结合,即可完成任意发射电流响应的解卷积,实现任意发射电流到标准阶跃电流的响应变换,为电导率深度成像提供数据准备。(3)当航空电磁探测发射波形为阶跃电流时,根据B场响应与镜像深度之间的关系,利用线性回归理论对B场响应-深度进行拟合,确定拟合参数,由此计算各时间道的B场响应对应的镜像深度,从而获得电导率深度成像的成像深度;根据航空电磁探测的相关理论,推导了时间与电导率积分关系式,将电导率纵向离散化,以各道成像深度对应的电导率为节点,相邻节点间电导率以三阶多项式表达,从而获得包含未知电导率的时间-电导率方程组。引入电导率的一阶导数平滑及二阶导数平滑作为约束条件,采用最小二乘优化算法,获得未知各节点电导率的矩阵方程,通过求解矩阵方程得到大地各节点电导率,结合成像深度,实现基于阶跃电流响应的电导率深度成像。通过多组一维、准二维大地模型仿真数据与准二维大地模型仿真加噪数据对算法进行验证,实验表明基于阶跃电流响应的电导率深度成像能够反映出地下异常体的分布情况。(4)进行了航空电磁探测成像方法的对比,本文通过一维大地模型仿真数据与准二维大地模型加噪仿真数据,将其与航空电磁探测查表法电导率成像进行对比实验,结果表明基于阶跃电流响应的电导率深度成像的成像效果优于查表法,成像精度提高了3%-7%;通过电导率深度成像研究了航空电磁仪器系统的探测能力,当实际探测中仪器的分辨率为0.01n T时,利用航空电磁探测在层状大地模型及半空间模型下的电阻率相对误差分析了仪器系统对异常体的纵向探测能力。
【关键词】：航空电磁探测 电导率深度成像 阶跃电流响应 镜像深度 仪器系统探测能力
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.326
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题的研究背景10
• 1.2 课题的研究意义10-11
• 1.3 航空电磁探测仪器及电导率深度成像国内外研究现状11-13
• 1.4 主要研究内容13-15
• 第2章 航空电磁探测B场及dB/dt响应计算15-26
• 2.1 航空电磁探测基本原理15-16
• 2.2 航空电磁探测B场响应计算16-21
• 2.2.1 阶跃发射电流B场响应计算16-19
• 2.2.2 任意发射电流B场响应计算19-21
• 2.3 航空电磁探测dB/dt响应计算21-24
• 2.3.1 阶跃发射电流d B/dt响应计算21-22
• 2.3.2 任意发射电流d B/dt响应计算22-24
• 2.4 航空电磁探测实测数据B场及dB/dt响应获取24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 航空电磁探测标准阶跃电流响应变换26-36
• 3.1 发射波形对航空电磁探测影响26-28
• 3.1.1 发射波形对航空电磁响应影响26-27
• 3.1.2 发射波形对航空电磁电导率深度成像影响27-28
• 3.2 基于Tau域分解的标准阶跃电流响应变换28-31
• 3.2.1 阶跃电流响应的Tau域分解28-29
• 3.2.2 任意发射电流响应的Tau域分解29
• 3.2.3 标准阶跃电流响应变换29-31
• 3.3 标准阶跃电流响应变换仿真计算31-33
• 3.4 标准阶跃响应变换软件模块的设计与实现33-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 基于阶跃电流响应的航空电磁探测电导率深度成像36-50
• 4.1 基于阶跃电流响应的航空电磁探测CDI成像深度计算36-40
• 4.1.1 基于B场响应的镜像深度计算36-39
• 4.1.2 基于B场响应的视深度计算39-40
• 4.2 基于阶跃电流响应的航空电磁探测电导率计算40-44
• 4.2.1 阶跃电流响应电导率-深度方程40-41
• 4.2.2 基于阶跃电流响应的电导率计算41-44
• 4.3 基于阶跃电流响应的电导率深度成像仿真实例44-49
• 4.3.1 一维大地模型电导率深度成像结果44-47
• 4.3.2 准二维大地模型电导率深度成像结果47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 航空电磁探测成像方法对比与仪器探测能力研究50-61
• 5.1 电导率深度成像方法对比50-57
• 5.1.1 航空电磁探测查表法电导率深度成像50-51
• 5.1.2 一维大地模型电导率深度成像对比实验51-53
• 5.1.3 准二维大地模型电导率深度成像对比实验53-57
• 5.2 基于电导率深度成像的航空电磁仪器系统探测能力研究57-60
• 5.3 本章小结60-61
• 第6章 总结及展望61-63
• 6.1 总结61-62
• 6.2 展望62-63
• 参考文献63-67
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果67-68
• 致谢68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 冷猛;陈浩;李军;;基于完全图的对地电磁探测需求融合分析方法[J];航天电子对抗;2011年06期

2 ;大深度多功能电磁探测系统问世[J];中国矿山工程;2012年06期

3 林君;电磁探测技术在工程与环境中的应用现状[J];物探与化探;2000年03期

4 邓明,魏文博,金胜,谭捍东,邓靖武,罗贤虎;海底电磁探测仪器的承压密封舱[J];现代地质;2003年03期

5 盛堰;邓明;魏文博;柯胜边;;海洋电磁探测技术发展现状及探测天然气水合物的可行性[J];工程地球物理学报;2012年02期

6 张文秀;林君;刘立超;胡瑞华;;分布式电磁探测宽频数据采集系统设计与实现[J];吉林大学学报(工学版);2012年06期

7 ;大深度多功能电磁探测系统技术指标通过专家测试[J];地质装备;2012年05期

8 ;大深度多功能电磁探测系统问世[J];地质装备;2012年06期

9 邓明;魏文博;张启升;王猛;;减少海底电磁探测数据丢失的实时备份技术[J];中南大学学报(自然科学版);2008年02期

10 黄科涛,林君,王忠;频域电磁探测仪器中调谐控制器的设计[J];石油仪器;2000年05期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 王绪本;景涛;祝忠明;林春;;超宽带电磁探测技术初步研究[A];中国地球物理学会第22届年会论文集[C];2006年

2 林春;王绪本;祝忠明;;城市灾害救助的超宽带电磁探测方法研究进展[A];中国地球物理·2009[C];2009年

3 康国军;房德斌;佟文琪;;电磁频散规律对多频地下电磁探测的影响及校正[A];1998年中国地球物理学会第十四届学术年会论文集[C];1998年

4 底青云;方广有;张一鸣;;地面电磁探测系统(SEP)研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所2013年度（第13届）学术论文汇编——工程地质与水资源研究室[C];2014年

5 赵建国;佐藤源之;;全极化孔中雷达的最新进展[A];中国地球物理学会第二十三届年会论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前6条

1 记者 袁志勇;我国首套基于飞艇的地空电磁探测仪器系统实验成功[N];科技日报;2013年

2 张国芳;空地协同电磁探测 服务社会资源需求[N];科技日报;2013年

3 弓秋丽 林品荣 吴文鹂;我国攻关大深度三维电磁探测技术[N];中国国土资源报;2014年

4 记者 葛进;电磁探测法可用于测量农田土壤盐化度[N];科技日报;2012年

5 沈昭　罗睿;电磁探测管道技术应用获成功[N];中国石化报;2010年

6 王中义;大深度多功能电磁探测系统问世[N];中国国土资源报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 万云霞;强干扰环境下电磁探测技术研究[D];吉林大学;2013年

2 王艳;深部矿产资源的时频联合电磁探测方法研究[D];吉林大学;2011年

3 王言章;混场源电磁探测关键技术研究[D];吉林大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 吴瑶;井间剩余油电磁探测理论和方法研究[D];昆明理工大学;2015年

2 弓彦伟;井间电磁探测与介质识别技术研究[D];西安石油大学;2015年

3 齐宇辉;水下金属物体电磁反射特性实验研究[D];电子科技大学;2015年

4 陈玉;电磁探测“盲区”中偶极子源的位移电流效应分析[D];重庆大学;2015年

5 李s，

本文编号：587395