《时间域航空电磁数据全波成像与处理技术研究》.ppt

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,时间域航空电磁法全波响应正演计算,时间域航空电磁全波数据电导率深度成像,时间域航空电磁一次场计算与去除,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,总结及下一步研究建议,研究背景及国内外发展现状,直升机式,1.横向分辨能力好,2.操作灵活,3.发射磁矩小,4.探测深度浅,适用于小规模测量,时间域,航空电磁勘查系统,固定翼式,1.横向分辨力较差,2.发射磁矩大,3.探测深度深,4.成本低于直升机系统,适用于大规模测量,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,大地,接收线圈,发射线圈,二次场,一次场,I(A),二次场衰减响应,通电,断电,(b),(a),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,研究背景及国内外发展现状,Annan(1996),Smith(1996),Smith(1998a,1998b),Stolz and Macnae(1998)指出了on-time数据提供的大地浅层电导率分布的信息,国外,Sattel(1998)采用LEI和CDI方法对固定翼时间域航空电磁数据full-waveform进行处理，发现提高了低阻体的分辨率,拓宽了探测范围,国外,Watts(1997),当良导体电导率增大到一定程度时，off-time响应不明显，有必要研究on-time响应,国外,研究背景及国内外发展现状,2011年底完成固定翼时间域航空电磁勘查系统，完成了半航空试飞填补了国内空白,国内,只停留在off-time上，full-waveform还未涉及,国内,答辩提纲,研究背景及国内外发展现状,时间域航空电磁法全波响应正演计算,时间域航空电磁全波数据电导率深度成像,时间域航空电磁一次场计算与去除,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,总结及下一步研究建议,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,t,d,为方波脉宽，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,计算阶跃波,形的B场,任意发射电,流B场,任意发射电流,二次场响应,卷积,求导,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,研究背景及国内外发展现状,时间域航空电磁法全波响应正演计算,时间域航空电磁全波数据电导率深度成像,时间域航空电磁一次场计算与去除,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,总结及下一步研究建议,时间域航空电磁全波数据电导率深度成像技术,On-time段数据感应电动势随电,导率变化示意图,Of-time段数据感应电动势随电,导率变化示意图,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,算法流程图,开始,数据转换并做表,所有数据,归一化处理,找距离最近点,成图,计算深度,插值求电导率,是否确定测,点位置,距离次小点,设为最近点,结束,是否所有点完成电导率计算,是,否,是,否,时间域航空电磁全波数据电导率深度成像技术,真实大地模型,On-time电导率深度成像,Off-time电导率深度成像,真实大地模型,On-time电导率深度成像,Off-time电导率深度成像,时间域航空电磁全波数据电导率深度成像技术,答辩提纲,研究背景及国内外发展现状,时间域航空电磁法全波响应正演计算,时间域航空电磁全波数据电导率深度成像,时间域航空电磁一次场计算与去除,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,总结及下一步研究建议,时间域航空电磁一次场计算与去除,1、一次场计算,磁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,接收线圈,导体,大地,发射线圈,70m,50m,130m,一次场：,二次场：,X,Z,Y,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 ，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,研究背景及国内外发展现状,时间域航空电磁法全波响应正演计算,时间域航空电磁全波数据电导率深度成像,时间域航空电磁一次场计算与去除,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,总结及下一步研究建议,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晚期道数据,晚期道数据测线剖面图,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、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,仿真实验频率域对比图,仿真实验时间域对比图,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,(a),(b),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，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,(a),(b),(a)震荡处理前剖面图 (b)震荡处理后剖面图,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,矩形叠加仿真结果图,梯形叠加仿真结果图,常规数据处理结果,本文数据处理结果,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,研究背景及国内外发展现状,时间域航空电磁法全波响应正演计算,时间域航空电磁全波数据电导率深度成像,时间域航空电磁一次场计算与去除,时间域航空电磁数据处理方法与实测数据处理,总结及下一步研究建议,总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,。