径向基神经网络的时域航空电磁系统飞行参数拟合

发布时间：2017-10-16 05:08

  本文关键词：径向基神经网络的时域航空电磁系统飞行参数拟合

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【摘要】：时间域航空电磁系统(ATEM)具有发射磁矩大、空间探测分辨率高、探测深度大、探测效率高等优势，被广泛地应用于地质调查、矿产勘查、水资源快速调查等领域。但航空电磁系统在实际探测飞行过程中，发射—接收线圈由于受飞行速度、气流、风向等影响，导致其姿态的实时变化，造成航空电磁系统产生几何误差，影响了航空电磁测量精度和数据解释精度。 本文以时间域航空电磁法理论为基础并依托国家重大科研装备研制项目《深部资源探测核心装备研发》的课题《航空瞬变电磁勘探仪》中的子课题《多模态航空瞬变电磁系统标定算法与实现》，提出利用径向基神经网络拟合方法对时域航空飞行系统参数进行拟合。主要进行了如下研究： 1、对时域有限导体的电磁响应计算进行了理论推导，并分别计算了非磁性导电球体，非磁性导电柱体及导电薄板的电磁响应。介绍了基于异常线圈的时域航空电磁系统测试原理及电磁响应计算公式。最终确定了异常线圈和有限导体之间对应关系，只要异常线圈与有限导体时间常数相同，那么异常线圈的响应就可以模拟有限导体的响应。 2、基于时域电磁场基本理论，根据Neumann互感计算式详细推导了任意位置的线圈互感计算公式。线圈位置的变化直接影响互感数值，进而影响整个电磁系统响应数据。将任意位置线圈互感计算公式带入基于异常线圈的时域航空系统电磁响应计算公式中，最终推导出电磁响应的计算式。并根据主成分分析原理，对时域航空电磁系统的飞行参数进行了贡献率计算并排序。 3、时域航空电磁系统响应数据量较大，输入参数较多。结合上述特点，，提出了利用径向基神经网络方法对飞行参数进行拟合。径向基神经网络具有拟合度高、拟合速度快、无过拟合现象的优势。利用该拟合方法对电磁响应进行了测线剖面的批量数据拟合，并与最小二乘法拟合效果进行对比。 4、利用本文提出的拟合方案对实验室理论仿真数据，野外动态模拟飞行实验数据及野外实际飞行实验数据进行了拟合研究。单一异常体理论仿真计算数据的绝对误差平均值小于20nV/m2，拟合优度达到0.91。双异常体理论数据绝对误差平均值为160nV/m2，拟合优度约为0.87。动态模拟飞行实验拟合优度约为0.82。河南桐柏野外实际飞行实验实测数据在异常线圈中心位置的拟合相对误差小于1%，拟合优度为0.97；整条剖面测线的拟合相对误差小于±5%，平均值为2.5%，拟合优度为0.91。结果表明径向基神经网络拟合算法能够较好地实现航空电磁系统飞行参数的拟合，为航空电磁系统海量实测数据的快速处理提供了新方法。
【关键词】：时域航空电磁系统 主成分分析 径向基神经网络 参数拟合
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH763.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-13
• 1.1 研究背景与研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状分析11-12
• 1.3 本文主要研究内容12-13
• 第2章 时域有限导体电磁响应特征分析13-25
• 2.1 时域航空电磁法原理13-21
• 2.1.1 非磁性导电球体电磁响应14-16
• 2.1.2 非磁性导电圆柱体电磁响应16-18
• 2.1.3 导电薄板电磁响应18-20
• 2.1.4 大回线外导电薄板响应20-21
• 2.2 基于异常线圈的时域航空电磁系统测试原理21-22
• 2.3 异常线圈电磁响应理论计算22-23
• 2.4 异常线圈与有限导体对应关系23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 电磁响应特征参数提取与拟合方法25-33
• 3.1 时域航空电磁数据的主成分分析25-27
• 3.1.1 主成分分析的原理及意义25-26
• 3.1.2 主成分分析法的计算方法26-27
• 3.2 基于径向基神经网络的航空电磁数据拟合27-32
• 3.2.1 神经网络基本原理28-29
• 3.2.2 径向基(RBF)神经网络结构及特点29-30
• 3.2.3 基于 PCA-RBF 神经网络的实现30-32
• 3.3 本章小结32-33
• 第4章 基于异常线圈的时域航空电磁系统数值计算33-41
• 4.1 任意位置线圈互感计算33-35
• 4.2 时域航空电磁系统响应数值计算35-37
• 4.3 典型基于异常线圈时域航空电磁系统响应数据分析37-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第5章 基于 PCA-RBF 神经网络的航空飞行参数拟合41-47
• 5.1 航空飞行参数贡献率分析41-43
• 5.2 拟合指标的选取43
• 5.3 最小二乘法拟合与径向基神经网络拟合对比分析43-44
• 5.4 理论数据拟合测试结果分析44-46
• 5.4.1 单异常体理论数据拟合45
• 5.4.2 双异常体理论数据拟合45-46
• 5.5 本章小结46-47
• 第6章 野外实验数据拟合分析47-52
• 6.1 长春大鹅岛不同高度动态实验47-48
• 6.2 长春大鹅岛不同异常线圈动态实验48-49
• 6.3 河南桐柏航空飞行实测数据拟合49-51
• 6.3.1 单异常体野外实测数据拟合50-51
• 6.3.2 单异常体野外实测数据分段拟合51
• 6.4 本章小结51-52
• 第7章 全文总结52-54
• 7.1 全文总结52-53
• 7.2 后续工作的建议53-54
• 参考文献54-57
• 作者简介57
• 发表论文57-58
• 致谢58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1040775