本發(fā)明涉及一種反卷積快速優(yōu)化直升機航空電磁探測系統(tǒng)早期數(shù)據(jù)方法，屬于時間域航空電磁資料處理方法。

背景技術：

航空電磁法(airborneelectromagnetic，aem)是以飛行器(通常為飛機)為搭載平臺，以電磁感應理論為基礎的一種地球物理勘查方法，具有速度快、成本低、通行性好、可大面積覆蓋等優(yōu)勢，廣泛用于基礎地質調查、礦產資源勘查、油氣勘查，以及水文、工程、環(huán)境勘查等領域。

時間域航空電磁法的主要頻率范圍為5到25khz，在數(shù)據(jù)采集的過程中不可避免的會受到各種干擾，并且這些噪聲常常和采集時間、采集地點以及采集系統(tǒng)等因素相關。航空電磁探測的根本目的是通過對測量來的數(shù)據(jù)進行分析，進而探尋地下導電介質的分布情況，由此估計地下的資源分布。因此，航空電磁數(shù)據(jù)處理方法是航空電磁探測的主要研究工作之一。但當儀器或一套系統(tǒng)在觀測和記錄一個物理變化時，所得到的測量結果顯示了物理現(xiàn)象和過程，也包括了儀器或系統(tǒng)的特性。儀器系統(tǒng)的非理想特性，如系統(tǒng)帶寬、內部噪聲、非理想操作等，都使得到的觀測和記錄降質，這種降質使得測試得到的數(shù)據(jù)并不是真實結果。

在針對時間域航空電磁法數(shù)據(jù)的測量中，這種影響更為嚴峻，所涉及的測試系統(tǒng)的特性，如發(fā)射線圈、接受線圈的耦合和飛行器外殼等等都會是影響數(shù)據(jù)的因素，這些因素統(tǒng)稱系統(tǒng)特性，這些系統(tǒng)特性影響了時間域中電流關斷后的早期數(shù)據(jù)或者頻率域中高頻信號的數(shù)據(jù)的質量。時間域中電流關斷后的早期數(shù)據(jù)或者頻率域中高頻信號的數(shù)據(jù)中包含了大量的航空電磁探測的二次場的衰減信息，這部分衰減曲線所包含的地下有效信息最多，尤其是對近地面的信息反映最多。只是由于實際情況中，發(fā)射電流的發(fā)射磁矩很大導致關斷延時較長，也使得電路震蕩等系統(tǒng)特性等因素導致了早期信號應用被忽視。

所以測量的數(shù)據(jù)因為有大量噪聲的影響，得到的測試結果并不是理想測量點的感應電動勢，還有很大一部分是由于系統(tǒng)帶寬等系統(tǒng)本身的特性而引起的誤差響應。這種誤差會使早期數(shù)據(jù)時間無效，令有效信息遺漏，使得航空電磁在淺層探測的問題上出現(xiàn)了盲區(qū)。國際上在硬件方面的研究都日漸成熟，比如如何減小發(fā)射線圈的漂移，減少電容耦合的影響等。

國際上，近些年航空電磁探測能準確矯正的數(shù)據(jù)范圍逐漸增大。macnae和baron-hay于2010年將vtem系統(tǒng)早期數(shù)據(jù)提高之斷電后100μs，同年，他們利用反卷積解決發(fā)射電流引起的電容耦合和帶寬問題，表示模型可以提高在斷電后10-20μs。

國內專門針對時間域航空電磁法早期數(shù)據(jù)研究相對較少，也沒有將反卷積技術應用到航空電磁探測中。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于針對上述限購技術的不足，提供一種簡單、快速的直升機航空電磁探測早期數(shù)據(jù)優(yōu)化方法。

該方法針是對直升機航空電磁系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)受到系統(tǒng)響應影響導致早期數(shù)據(jù)不可用的問題。首先，利用航空電磁探測的高空飛行時的響應和發(fā)射，利用反卷積獲取系統(tǒng)響應，其次利用測線上的響應再次反卷積計算以去除系統(tǒng)響應得到真實大地響應，最后利用設計電流，高空和測線電流計算校正因子來校正大地響應使其標準化。

本發(fā)明是將反卷積的計算方法引入到發(fā)射波形為梯形波的時間域航空電磁數(shù)據(jù)處理中，并進行合理的改進，去掉系統(tǒng)本身的特性響應，使早期時間數(shù)據(jù)道有效時間選取提前，進而對近地面探測有所幫助，增加了航空電磁探測范圍，對解決環(huán)境、能源以及軍事方面的問題有重大意義。

反卷積快速優(yōu)化直升機航空電磁探測早期數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟：

a、錄入航空電磁探測高空的感應電動勢且疊加為一個測點；

b、錄入航空電磁探測高空的發(fā)射電流且疊加為一個測點；

c、反卷積計算航空電磁系統(tǒng)的系統(tǒng)響應；

d、錄入航空電磁各測線的感應電動勢；

e、利用反卷積計算去除系統(tǒng)響應；

f、錄入航空電磁飛行測線的發(fā)射電流；

g、計算校正因子；

h、校正去系統(tǒng)響應后的響應，得到真實的大地響應；

i、導出結果，繪制成剖面圖。

有益效果：本發(fā)明是通過反卷積去掉系統(tǒng)響應，簡單快速，效率高，使最后獲得的響應更加接近實際大地，圖2給出了解掉系統(tǒng)響應后的大地響應的結果；校正因子可以量化此條數(shù)據(jù)質量的高低；本發(fā)明在還原真實大地響應的基礎上，解決了由于系統(tǒng)的存在到時早期響應震蕩的問題，優(yōu)化了早期時間道的數(shù)據(jù)質量，圖3給出了去除系統(tǒng)響應后的大地響應。結果將電流關斷段早期可用數(shù)據(jù)提前4到5個點，提前時間約為0.13ms，使早期道的數(shù)據(jù)應用變?yōu)榭赡埽瑘D4給出了針對同一早期時間，優(yōu)化前和優(yōu)化后剖面對比圖；早期數(shù)據(jù)質量的提高對近地面探測有意想不到的效果，經趨膚深度公式換算，在典型大地中(100ω/m)，理論上可以將航空電磁探測系統(tǒng)的探測深度向淺層擴展50米，增加了航空電磁探測的有效探測范圍。

附圖說明

圖1是反卷積快速優(yōu)化直升機航空電磁探測早期數(shù)據(jù)的方法流程圖

圖2是大地響應，測線發(fā)射電流和側線響應曲線圖。

圖3衰減曲線電流關斷段早期感應電動勢放大對比圖

圖4是衰減曲線抽道成剖面圖

圖4a測線去系統(tǒng)響應后起始點為184時的剖面圖

圖4b測線未去系統(tǒng)響應后抽道起始點為184時的剖面圖

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明：

反卷積快速優(yōu)化直升機航空電磁探測早期數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟：

a、錄入航空電磁探測高空的感應電動勢且疊加為一個測點；

b、錄入航空電磁探測高空的發(fā)射電流且疊加為一個測點；

c、反卷積計算航空電磁系統(tǒng)的系統(tǒng)響應；

d、錄入航空電磁各測線的感應電動勢；

e、利用反卷積計算去除系統(tǒng)響應；

f、錄入航空電磁飛行測線的發(fā)射電流；

g、計算校正因子；

h、校正去系統(tǒng)響應后的響應，得到真實的大地響應；

i、導出結果，繪制成剖面圖。

首先，錄入航空電磁探測系統(tǒng)在高空試飛行時測量接收到的感應電動勢數(shù)據(jù)，設為v0(t)。再錄入航空電磁探測系統(tǒng)在高空試飛行時的發(fā)射電流，設為i0(t)。

在高空測試時，航空電磁探測系統(tǒng)一樣打開發(fā)射機發(fā)射電流，接收機接收大地下導體因電磁感應產生的。高空時看作是距離地面足夠遠，接收不到二次場，所以把此時在高空中接收到的響應當作是激勵是發(fā)射電流經系統(tǒng)特性函數(shù)而得到的響應，設航空電磁探測系統(tǒng)的系統(tǒng)的單位沖擊響應是h0(t)，那么它的頻域表示就是h0(ω)。

為克服時間域輸入信號與系統(tǒng)卷積長度變長的問題，這里我們運用卷積定理即時域卷積等于頻域相乘，因此本發(fā)明在頻率域進行有關于卷積的相關運算。將高空中的發(fā)射電流i0(t)做快速傅里葉變換為i0(ω)，將高空接收到的感應電動勢v0(t)做快速傅立葉變換得到v0(ω)。根據(jù)信號與系統(tǒng)知識和線性卷積定理可知，航空電磁探測系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可以表示為

h0(ω)＝v0(ω)/i0(ω)(1)

其次，錄入航空電磁探測系統(tǒng)在測線飛行時測量的感應電動勢數(shù)據(jù)，設為v(t)，做快速傅立葉變換得到v(ω)。由于測線飛行時的系統(tǒng)接收到的響應是一部分來自于地下的導體感應到電流變化產生的二次場，另一部分是來自探測系統(tǒng)的金屬外殼等，所以再次根據(jù)卷積定理可知，去除系統(tǒng)響應后為

初步得到了只有地下異常體產生的二次場。

最后，計算校正因子，校正大地響應。

錄入航空電磁探測系統(tǒng)在測線飛行時的發(fā)射電流數(shù)據(jù)i(t)，做快速傅立葉變換為i(ω)。我們將飛行中預先設計的標準發(fā)射電流即為c(t),(經快速傅立葉變換成c(ω))作為參考。無論高空還是測線中，每一個實際的電流都是在基準電流上經歷微小的漂移和跳躍，所以，實際電流的傅立葉變換不完全等同于c(ω)。為了校正這種誤差，在頻率域乘以一個校正因子，我們把這個校正因子定義為比率(i(ω)/c(ω))*(c(ω)/a(ω))。這個校正因子主要有兩個作用，一個是通過這個比率值得大小可以判斷高空和側線上發(fā)射電流的質量，也可以預先粗略估計響應的質量，第二，可以一定程度校正大地的響應，使大地響應更接近真實值。所以，反卷積的原理公式就寫成了

r(ω)＝h(ω)*(i(ω)/c(ω))*(c(ω)/a(ω))(3)

可以看到當比率c(ω)/a(ω)校正了漂移和跳變時，比率i(ω)/c(ω)提供了理想波形的反卷積?？赡躢(ω)看起來在分子和分母的位置上可以去掉，但是需要在最后的反卷積前進行一次這樣的處理。

實施例1

以一條飛行情況良好的野外實測數(shù)據(jù)為例：

首先，錄入時間域直升機式航空電磁探測系統(tǒng)在高空飛行時測量的感應電動勢數(shù)據(jù)，設一組m個測點，每個測點n個采樣點的航空電磁探測系統(tǒng)高空飛行時接收的感應電動勢數(shù)據(jù)v0(n×m)，后疊加成一個測點v0(n)。

錄入航空電磁探測系統(tǒng)在高空飛行時對應感應電動勢的發(fā)射電流，設一組m個測點，每個測點n個采樣點的航空電磁探測系統(tǒng)高空飛行時發(fā)射的電流數(shù)據(jù)i0(n×m)。

高空接收到的感應電動勢v0(n)做傅立葉變換得到v0(ω),高空中的發(fā)射電流i0(n)做傅立葉變換得i0(ω)。設航空電磁探測系統(tǒng)的系統(tǒng)的單位沖擊響應是h0(t)，那么它的頻域表示就是h0(ω)，則此時的系統(tǒng)響應可以表示為

h0(ω)＝v0(ω)/i0(ω)(6)

其次，錄入航空電磁探測系統(tǒng)在測線飛行時測量的感應電動勢數(shù)據(jù)，設一組m個測點，每個測點n個采樣點的航空電磁探測系統(tǒng)測線飛行時接收的感應電動勢數(shù)據(jù)v(n×m)，做快速傅立葉變換成vn×m(ω)，由于測線飛行時的系統(tǒng)接收到的響應是一部分來自于地下的導體感應到電流變化產生的二次場，另一部分是來自探測系統(tǒng)的金屬外殼等，所以再次根據(jù)卷積定理可知，去除系統(tǒng)響應后為:

最后，計算校正因子，校正大地響應。

錄入航空電磁探測系統(tǒng)在測線飛行時的發(fā)射電流數(shù)據(jù)i(n)，經快速傅立葉變換成i(ω)。我們將飛行中預先設計的標準發(fā)射電流即為c(n),(經快速傅立葉變換成c(ω))作為參考。無論高空還是測線中，每一個實際的電流都是在基準電流上經歷微小的漂移和跳躍，所以，實際電流的傅立葉變換不完全等同于c(ω)。為了校正這種誤差，在頻率域乘以一個校正因子，我們把這個校正因子定義為比率(i(ω)/c(ω))*(c(ω)/a(ω))。這個校正因子主要有兩個作用，一個是通過這個比率值得大小可以判斷高空和側線上發(fā)射電流的質量，也可以預先粗略估計響應的質量，第二，可以一定程度校正大地的響應，使大地響應更接近真實值。所以，反卷積的原理公式就寫成了

r(ω)＝h(ω)*(i(ω)/c(ω))*(c(ω)/a(ω))(8)

可以看到當比率c(ω)/a(ω)校正了漂移和跳變時，比率i(ω)/c(ω)提供了理想波形的反卷積?？赡躢(ω)看起來在分子和分母的位置上可以去掉，但是需要在最后的反卷積前進行一次這樣的處理。