本文關(guān)鍵詞：基于階躍電流響應(yīng)的航空電磁探測(cè)電導(dǎo)率深度成像

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【摘要】：航空電磁法是一種以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ),利用飛機(jī)運(yùn)載收發(fā)裝置的地球物理探測(cè)方法。通過對(duì)接收裝置測(cè)量到的電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行反演可以獲得地下介質(zhì)的分布信息,但由于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)量龐大,導(dǎo)致反演耗時(shí)過長(zhǎng),而電導(dǎo)率深度成像可以快速得到地下電導(dǎo)率分布圖,確定地下異常分布情況,在實(shí)際探測(cè)中有更廣泛的應(yīng)用。此外,針對(duì)不同大地模型電導(dǎo)率深度成像結(jié)果的分析,對(duì)于航空電磁探測(cè)儀器的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“固定翼時(shí)間域航空電磁探測(cè)整體反演方法研究”,計(jì)算了航空電磁探測(cè)B場(chǎng)、d B/dt響應(yīng)并實(shí)現(xiàn)了任意發(fā)射電流響應(yīng)到標(biāo)準(zhǔn)階躍電流響應(yīng)的變換;研究了基于階躍電流響應(yīng)的電導(dǎo)率深度成像算法,并通過電導(dǎo)率深度成像結(jié)果對(duì)航空電磁系統(tǒng)的探測(cè)能力進(jìn)行研究。論文的主要內(nèi)容及研究成果如下:(1)根據(jù)航空電磁探測(cè)理論,計(jì)算了系統(tǒng)發(fā)射波形為階躍電流時(shí)的B場(chǎng)響應(yīng),考慮到航空電磁探測(cè)中系統(tǒng)發(fā)射電流的多樣性,利用卷積性質(zhì),計(jì)算了任意發(fā)射電流情況下的B場(chǎng)響應(yīng),從而得到了系統(tǒng)發(fā)射波形為階躍電流及任意電流時(shí)的d B/dt響應(yīng);針對(duì)實(shí)際航空電磁探測(cè)中測(cè)量的為d B/dt響應(yīng),對(duì)d B/dt響應(yīng)采用數(shù)值積分計(jì)算實(shí)際探測(cè)中B場(chǎng)響應(yīng),并利用仿真實(shí)驗(yàn),將系統(tǒng)不同發(fā)射波形時(shí)的B場(chǎng)響應(yīng)結(jié)果與d B/dt響應(yīng)積分計(jì)算出的B場(chǎng)響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,均方相對(duì)誤差均低于0.1%。(2)進(jìn)行了航空電磁探測(cè)發(fā)射波形對(duì)電磁響應(yīng)及電導(dǎo)率深度成像的影響研究,并在Tau域中采用SVD分解將任意發(fā)射電流響應(yīng)變換為標(biāo)準(zhǔn)階躍電流響應(yīng)。利用階躍電流響應(yīng)與任意發(fā)射電流響應(yīng)在Tau域分解的相似性,將階躍電流響應(yīng)分解出的e指數(shù)基底函數(shù),與任意發(fā)射電流的導(dǎo)數(shù)進(jìn)行卷積,以卷積結(jié)果為基底對(duì)任意發(fā)射電流響應(yīng)進(jìn)行分解,獲得分解系數(shù),將分解系數(shù)與階躍電流響應(yīng)的e指數(shù)基底函數(shù)結(jié)合,即可完成任意發(fā)射電流響應(yīng)的解卷積,實(shí)現(xiàn)任意發(fā)射電流到標(biāo)準(zhǔn)階躍電流的響應(yīng)變換,為電導(dǎo)率深度成像提供數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。(3)當(dāng)航空電磁探測(cè)發(fā)射波形為階躍電流時(shí),根據(jù)B場(chǎng)響應(yīng)與鏡像深度之間的關(guān)系,利用線性回歸理論對(duì)B場(chǎng)響應(yīng)-深度進(jìn)行擬合,確定擬合參數(shù),由此計(jì)算各時(shí)間道的B場(chǎng)響應(yīng)對(duì)應(yīng)的鏡像深度,從而獲得電導(dǎo)率深度成像的成像深度;根據(jù)航空電磁探測(cè)的相關(guān)理論,推導(dǎo)了時(shí)間與電導(dǎo)率積分關(guān)系式,將電導(dǎo)率縱向離散化,以各道成像深度對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)率為節(jié)點(diǎn),相鄰節(jié)點(diǎn)間電導(dǎo)率以三階多項(xiàng)式表達(dá),從而獲得包含未知電導(dǎo)率的時(shí)間-電導(dǎo)率方程組。引入電導(dǎo)率的一階導(dǎo)數(shù)平滑及二階導(dǎo)數(shù)平滑作為約束條件,采用最小二乘優(yōu)化算法,獲得未知各節(jié)點(diǎn)電導(dǎo)率的矩陣方程,通過求解矩陣方程得到大地各節(jié)點(diǎn)電導(dǎo)率,結(jié)合成像深度,實(shí)現(xiàn)基于階躍電流響應(yīng)的電導(dǎo)率深度成像。通過多組一維、準(zhǔn)二維大地模型仿真數(shù)據(jù)與準(zhǔn)二維大地模型仿真加噪數(shù)據(jù)對(duì)算法進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)表明基于階躍電流響應(yīng)的電導(dǎo)率深度成像能夠反映出地下異常體的分布情況。(4)進(jìn)行了航空電磁探測(cè)成像方法的對(duì)比,本文通過一維大地模型仿真數(shù)據(jù)與準(zhǔn)二維大地模型加噪仿真數(shù)據(jù),將其與航空電磁探測(cè)查表法電導(dǎo)率成像進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明基于階躍電流響應(yīng)的電導(dǎo)率深度成像的成像效果優(yōu)于查表法,成像精度提高了3%-7%;通過電導(dǎo)率深度成像研究了航空電磁儀器系統(tǒng)的探測(cè)能力,當(dāng)實(shí)際探測(cè)中儀器的分辨率為0.01n T時(shí),利用航空電磁探測(cè)在層狀大地模型及半空間模型下的電阻率相對(duì)誤差分析了儀器系統(tǒng)對(duì)異常體的縱向探測(cè)能力。
【關(guān)鍵詞】：航空電磁探測(cè) 電導(dǎo)率深度成像 階躍電流響應(yīng) 鏡像深度 儀器系統(tǒng)探測(cè)能力
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P631.326
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題的研究背景10
• 1.2 課題的研究意義10-11
• 1.3 航空電磁探測(cè)儀器及電導(dǎo)率深度成像國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容13-15
• 第2章 航空電磁探測(cè)B場(chǎng)及dB/dt響應(yīng)計(jì)算15-26
• 2.1 航空電磁探測(cè)基本原理15-16
• 2.2 航空電磁探測(cè)B場(chǎng)響應(yīng)計(jì)算16-21
• 2.2.1 階躍發(fā)射電流B場(chǎng)響應(yīng)計(jì)算16-19
• 2.2.2 任意發(fā)射電流B場(chǎng)響應(yīng)計(jì)算19-21
• 2.3 航空電磁探測(cè)dB/dt響應(yīng)計(jì)算21-24
• 2.3.1 階躍發(fā)射電流d B/dt響應(yīng)計(jì)算21-22
• 2.3.2 任意發(fā)射電流d B/dt響應(yīng)計(jì)算22-24
• 2.4 航空電磁探測(cè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)B場(chǎng)及dB/dt響應(yīng)獲取24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 航空電磁探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)階躍電流響應(yīng)變換26-36
• 3.1 發(fā)射波形對(duì)航空電磁探測(cè)影響26-28
• 3.1.1 發(fā)射波形對(duì)航空電磁響應(yīng)影響26-27
• 3.1.2 發(fā)射波形對(duì)航空電磁電導(dǎo)率深度成像影響27-28
• 3.2 基于Tau域分解的標(biāo)準(zhǔn)階躍電流響應(yīng)變換28-31
• 3.2.1 階躍電流響應(yīng)的Tau域分解28-29
• 3.2.2 任意發(fā)射電流響應(yīng)的Tau域分解29
• 3.2.3 標(biāo)準(zhǔn)階躍電流響應(yīng)變換29-31
• 3.3 標(biāo)準(zhǔn)階躍電流響應(yīng)變換仿真計(jì)算31-33
• 3.4 標(biāo)準(zhǔn)階躍響應(yīng)變換軟件模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)33-35
• 3.5 本章小結(jié)35-36
• 第4章 基于階躍電流響應(yīng)的航空電磁探測(cè)電導(dǎo)率深度成像36-50
• 4.1 基于階躍電流響應(yīng)的航空電磁探測(cè)CDI成像深度計(jì)算36-40
• 4.1.1 基于B場(chǎng)響應(yīng)的鏡像深度計(jì)算36-39
• 4.1.2 基于B場(chǎng)響應(yīng)的視深度計(jì)算39-40
• 4.2 基于階躍電流響應(yīng)的航空電磁探測(cè)電導(dǎo)率計(jì)算40-44
• 4.2.1 階躍電流響應(yīng)電導(dǎo)率-深度方程40-41
• 4.2.2 基于階躍電流響應(yīng)的電導(dǎo)率計(jì)算41-44
• 4.3 基于階躍電流響應(yīng)的電導(dǎo)率深度成像仿真實(shí)例44-49
• 4.3.1 一維大地模型電導(dǎo)率深度成像結(jié)果44-47
• 4.3.2 準(zhǔn)二維大地模型電導(dǎo)率深度成像結(jié)果47-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第5章 航空電磁探測(cè)成像方法對(duì)比與儀器探測(cè)能力研究50-61
• 5.1 電導(dǎo)率深度成像方法對(duì)比50-57
• 5.1.1 航空電磁探測(cè)查表法電導(dǎo)率深度成像50-51
• 5.1.2 一維大地模型電導(dǎo)率深度成像對(duì)比實(shí)驗(yàn)51-53
• 5.1.3 準(zhǔn)二維大地模型電導(dǎo)率深度成像對(duì)比實(shí)驗(yàn)53-57
• 5.2 基于電導(dǎo)率深度成像的航空電磁儀器系統(tǒng)探測(cè)能力研究57-60
• 5.3 本章小結(jié)60-61
• 第6章 總結(jié)及展望61-63
• 6.1 總結(jié)61-62
• 6.2 展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間所取得的科研成果67-68
• 致謝68

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本文編號(hào)：587395