一种带系统辅助参数的固定翼航空电磁数据电导率深度成像方法技术方案

本发明专利技术属于时间域航空电磁资料处理方法领域并公开了一种带系统辅助参数的固定翼航空电磁数据电导率深度成像方法，建立多个固定飞行高度、固定摇摆角度、固定偏航角度、固定俯仰角度下各时间道数据表；依次提取对应时间道的数据及数据表；确定测量数据在表中的位置，根据线性插值算法确定视电导率及各辅助参数值，若满足设置阈值，则输出电导率及辅助参数；判断是否完成全部时间道的电导率查询；通过趋肤深度公式得到成像深度。本发明专利技术公开的算法成像速度快，效率高，符合航空瞬变电磁处理海量数据的要求，为提高我国矿产资源的快速勘查能力奠定重要的科学技术基础。

A conductivity depth imaging method for fixed wing airborne electromagnetic data with system auxiliary parameters

The invention belongs to the field of time domain airborne electromagnetic data processing method and discloses a conductivity depth imaging method for fixed-wing airborne electromagnetic data with auxiliary parameters of the system. It establishes various time-course data tables under fixed flight altitude, fixed swing angle, fixed yaw angle and fixed pitch angle, and extracts corresponding data in turn. The data of time channel and data table; determine the position of measurement data in the table; determine the apparent conductivity and the auxiliary parameters according to the linear interpolation algorithm; output the conductivity and auxiliary parameters if the setting threshold is satisfied; judge whether to complete the conductivity query of all time channels; get the imaging depth by skin depth formula. The algorithm disclosed by the invention has fast imaging speed and high efficiency, meets the requirements of processing massive data by aeronautical transient electromagnetic method, and lays an important scientific and technological foundation for improving the rapid exploration ability of mineral resources in China.

【技术实现步骤摘要】
一种带系统辅助参数的固定翼航空电磁数据电导率深度成像方法
本专利技术涉及时间域航空电磁资料处理方法
，具体涉及一种带系统辅助参数的固定翼航空电磁数据电导率深度成像方法。
技术介绍
固定翼航空电磁探测是一种基于法拉第电磁感应定律，以固定翼飞机为载体，采用偶极-偶极收发装置的地球物理探测方法，具有勘探效率高、成本低等优势，广泛应用于地质勘查、油气探测、水文普查等领域。固定翼航空电磁数据量庞大，若对全部数据进行反演解释，耗时费力。一般采用电导率深度成像技术(CDI，Conductivity-DepthImaging)快速处理海量航空电磁数据，得到地下电导率分布图，从而确定地下异常分布情况。传统航空电磁探测一般均在假定系统辅助信息参数不变或已知的情况下进行电导率深度成像，而在实际飞行测量过程中航空电磁系统会受到风速、气压等因素的影响，引起线圈俯仰、摇摆、偏航旋转以及吊舱摆动，导致系统参数发生改变，严重影响观测数据的一致性，从而影响成像效果。朱凯光(固定翼电磁数据双分量联合电导率深度成像[J].吉林大学学报(地),2015)提出了一种基于磁场双分量(Bx，Bz)查表的联合电导率深度成像算法，将飞行高度作为参数引入电导率深度成像算法，利用磁场双分量联合查表与插值算法确定视电导率，避免了由于电磁数据二值性引起的视电导率不确定性问题，取得了较好的成像效果；窦梅(基于迭代查表法的固定翼时间域航空电磁数据电导率深度成像研究[D].吉林大学,2017)在双分量查表法的基础上，将姿态角度pitch和飞行高度height同时作为参数引入到航空电导率深度成像中，提出了一种基于pitch和height的迭代查表CDI算法，进一步提高了成像精度；王琦(固定翼航空电磁系统的线圈姿态及吊舱摆动影响研究与校正[J].地球物理学报，2013)根据发射、接收线圈相对位置的几何关系，求得摆动格林张量，并推导了任意姿态角度以及任意摆动角度情况下的固定翼航空电磁响应三分量计算表达式，为带系统辅助参数的固定翼航空电磁数据电导率深度成像算法提供了理论基础；申请号为201410061917.2的中国专利技术专利：一种固定翼航空电磁数据双分量查表法的联合电导率深度成像方法首先建立按时间道划分的电导率-飞行高度数据表格，其次通过双分量归一化感应电动势响应联合查表与插值算法，确定视电导率，最后用趋肤深度公式得到扩散深度，导出双分量联合电导率深度成像结果。但是上述的电导率深度成像算法中，均只引入了电磁系统的部分飞行参数(height、pitch)进行CDI成像，仍然无法避免由于观测数值的不一致性影响成像结果精确度的问题。到目前为止，尚未见带系统辅助参数(height、pitch、rall、yaw)的固定翼航空电磁数据电导率深度成像方法。鉴于此，如何提供一种快速、简单、准确且带系统辅助参数的固定翼航空电磁数据电导率深度成像方法是本领域技术人员需要解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中飞机姿态等因素引起系统参数改变，从而严重影响成像精度的难题，而提供一种快速、简单、准确带系统辅助参数的固定翼航空电磁数据电导率深度成像方法。本专利技术为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：设计一种带系统辅助参数的固定翼航空电磁数据电导率深度成像方法，包括如下步骤：步骤一：在假定飞行高度height、摇摆角度roll、偏航角度yaw为固定值的情况下，选取多个俯仰角度pitch下对应多个电导率大地模型的半空间探测模型，利用固定翼一维正演算法，计算每一时间道各模型对应的x分量、z分量B场电磁响应，建立按时间道划分的Bx-Bz-σ-pitch数据表格；步骤二：按照步骤一所述的方法，分别建立按时间道划分的By-Bz-σ-roll数据表格、Bx-By-σ-yaw数据表格、Bx-Bz-σ-height数据表格；当发射线圈、接收线圈姿态以各自的姿态角度发生旋转时，其中计算x分量、y分量及z分量B场电磁响应公式分别为：其中，为系统的收发距,(x,y,z)为接收线圈坐标,J0为零阶贝塞尔函数，J1为一阶贝塞尔函数，λ为积分变量，ARX为接收线圈有效面积，m为发射磁矩，h为发射线圈高度，z为接收线圈高度，反射系数步骤三：首先，分别将式Bx(w)、式By(w)、式Bz(w)变换到s域中，并除以s得到x分量、y分量和z分量的磁场瞬态响应表达式：然后，分别对式做拉氏逆变换得到系统三分量B场响应，作为电导率深度成像的数据表来源，如下式所示：步骤四:录入航空电磁x分量、y分量与z分量B场电磁响应，确定数据点在表中的位置，插值得到视电导率：首先，令i＝1；依次提取第i个时间道的x分量与z分量B场响应数据点；然后，令迭代次数k＝1；提取对应height＝heightik、roll＝rollik、yaw＝yawik下对应时间道的Bx-Bz-σ-pitch数据表格；接着，利用距离公式计算数据点与表中各点的距离，其中Bxi、Bzi分别为对应第i个时间道的x分量与z分量B场响应数据点，Bxmk、Bzmk为对应第i个时间道、第k次迭代的数据表中的任意一点；最后，找到表中距离最近点，若最近点在数据表的内部，则最近点是由四个四边形所包含,即为四边形的顶点，依次计算每个四边形四个边对应的直线方程，将数据点的x分量或z分量响应带入直线方程中可得到该点在直线上对应的z分量或x分量响应值，通过与对应的数据点坐标值比较，则可得到该数据点与直线的相对位置，依次进行判断则可以圈定数据点的具体位置；若最近点在数据表的外边缘线上，则最近点是由一个或两个四边形所包含的，其判断位置的方法与数据点在表中的情况一致；步骤五：在步骤四确定数据点在数据表中的具体位置之后，将数据表局部放大，采用线性插值获得该时间道的视电导率σik1及俯仰角度pitchik，公式如下：此时，四边形的四个顶点的电导率分别记为四个顶点的俯仰角度分别记为p1，p2，p3，p4，p1＝p4，p2＝p3；过数据点做一条与点1、点4连线平行的直线分别与四边形上下两边相交，d1为数据点与上边交点的距离，d2为数据点与下边交点的距离；过数据点做一条与点1、点2连线平行的直线分别与四边形左右两边相交，d3为数据点与左边交点的距离，d4为数据点与右边交点的距离。步骤六：接下来依次提取第i个时间道对应height＝heightik，pitch＝pitchik，yaw＝yawik-下的By-Bz-σ-roll数据表格，参照步骤三至步骤五进行查表与插值获得该时间道的视电导率σik2及摇摆角度rolli(k+1)；依次提取第i个时间道对应height＝heightik，pitch＝pitchik，roll＝rolli(k+1)下的Bx-By-σ-yaw数据表格，参照步骤三至步骤五进行查表与插值获得该时间道的视电导率σik3及偏航角度yawi(k+1)；依次提取第i个时间道对应pitch＝pitchik，roll＝rolli(k+1)，yaw＝yawi(k+1)下的Bx-Bz-σ-height数据表格，参照步骤三至步骤五进行查表与插值获得该时间道的视电导率σik4及飞行高度heighti(k+1)；步骤七：比较heightik和|heighti(k+1)的大小，若精度小于L，则迭代停止，输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带系统辅助参数的固定翼航空电磁数据电导率深度成像方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：在假定飞行高度height、摇摆角度roll、偏航角度yaw为固定值的情况下，选取多个俯仰角度pitch下对应多个电导率大地模型的半空间探测模型，利用固定翼一维正演算法，计算每一时间道各模型对应的x分量、z分量B场电磁响应，建立按时间道划分的Bx‑Bz‑σ‑pitch数据表格；步骤二：按照步骤一所述的方法，分别建立按时间道划分的By‑Bz‑σ‑roll数据表格、Bx‑By‑σ‑yaw数据表格、Bx‑Bz‑σ‑height数据表格；当发射线圈、接收线圈姿态以各自的姿态角度发生旋转时，其中计算x分量、y分量及z分量B场电磁响应公式分别为：

【技术特征摘要】
1.一种带系统辅助参数的固定翼航空电磁数据电导率深度成像方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：在假定飞行高度height、摇摆角度roll、偏航角度yaw为固定值的情况下，选取多个俯仰角度pitch下对应多个电导率大地模型的半空间探测模型，利用固定翼一维正演算法，计算每一时间道各模型对应的x分量、z分量B场电磁响应，建立按时间道划分的Bx-Bz-σ-pitch数据表格；步骤二：按照步骤一所述的方法，分别建立按时间道划分的By-Bz-σ-roll数据表格、Bx-By-σ-yaw数据表格、Bx-Bz-σ-height数据表格；当发射线圈、接收线圈姿态以各自的姿态角度发生旋转时，其中计算x分量、y分量及z分量B场电磁响应公式分别为：其中，为系统的收发距,(x,y,z)为接收线圈坐标,J0为零阶贝塞尔函数，J1为一阶贝塞尔函数，λ为积分变量，ARX为接收线圈有效面积，m为发射磁矩，h为发射线圈高度，z为接收线圈高度，反射系数步骤三：首先，分别将式Bx(w)、式By(w)、式Bz(w)变换到s域中，并除以s得到x分量、y分量和z分量的磁场瞬态响应表达式：然后，分别对式做拉氏逆变换得到系统三分量B场响应，作为电导率深度成像的数据表来源，如下式所示：步骤四:录入航空电磁x分量、y分量与z分量B场电磁响应，确定数据点在表中的位置，插值得到视电导率：首先，令i＝1；依次提取第i个时间道的x分量与z分量B场响应数据点；然后，令迭代次数k＝1；提取对应height＝heightik、roll＝rollik、yaw＝yawik下对应时间道的Bx-Bz-σ-pitch数据表格；接着，利用距离公式计算数据点与表中各点的距离，其中Bxi、Bzi分别为对应第i个时间道的x分量与z分量B场响应数据点，Bxmk、Bzmk为对应第i个时间道、第k次迭代的数据表中的任意一点；最后，找到表中距离最近点，若最近点在数据表的内部，则最近点是由四个四边形所包含,即为四边形的顶点，依次计算每个四边形四个边对应的直线方程，将数据点的x分量或z分量响应带入直线方程中可得到该点在直线上对应的z分量或x分量响应值，通过与对应的数据点坐标值比较，则可得到该数据点与直线的相对位置，依次进行判断则可以圈定数据点的具体位置；若最近点在数据表的外边缘线上，则最近点是由一个或两个四边形所包含的，其判断位置的方法与数据点在表中的情况一致；步骤五：在步骤四确定数据点在数据表中的具体位置之后，将数据表局部放大，采用线性插值获得该时间道的视电导率σik1及俯仰角度pitchik，公式如下：此时，四边形的四个顶点的电导率分别记为四个顶点的俯仰角度分别记为p1，p2，p3，p4，p1＝p4，p2＝p3；过数据点做一条与点1、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰冰，季宏宇，宋少忠，王静，申东东，刘哲，刘建男，
申请(专利权)人：吉林工商学院，
类型：发明
国别省市：吉林,22