一种半航空电磁法视电阻率测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种半航空电磁法视电阻率测量系统及方法，其测量系统包括：第一传感器，其用于测量响应磁场中垂直磁感应的实测强度幅值；第二传感器，其用于测量所述第一传感器在空中的三轴姿态角度变化量；处理器，其用于基于所述实测强度幅值和所述三轴姿态角度变化量计算视电阻率。本发明专利技术的方法无需在空中搭载笨重的三轴接收线圈测量磁场三分量，也无需在地面多个测点布置水平磁场测量系统，实现基于最简便的“单一垂直磁场分量+三轴姿态角度变化量”测量系统完成半航空电磁法视电阻率的测量，同时抑制空中移动测量中传感器接收线圈姿态变化的影响。姿态变化的影响。姿态变化的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种半航空电磁法视电阻率测量系统及方法


[0001]本专利技术属于航空电磁法测量
，尤其涉及一种半航空电磁法视电阻率测量系统及方法。

技术介绍

[0002]现有技术介绍面对大范围大深度快速精细探测的实际探测需求，传统地面电磁法探测深度上具备一定优势，但操作复杂，耗费大量人力物力，成本高效率低。航空电磁法探测范围广，复杂地形适应性强，探测分辨率和探测效率较高，但成本高、危险系数大、探测深度受限。地空电磁法，又称半航空电磁法，利用地面大功率人工电磁源(大回线或接地导线)作为发射源，通过飞行器搭载接收系统在空中采集磁场信号，实现较大深度范围内地电信息的快速获取。该方法融合了地面电磁法大功率发射和航空电磁法快速非接触式连续采集的双重优点，具备对地表条件复杂的区域进行大深度大范围快速探测的潜力。由于测量过程中飞行器只需挂载尺寸小、重量轻的接收系统，不仅比常规航空电磁法具有更高的安全性，也为利用无人飞行平台创造了条件。当前快速发展的无人飞行器为地空电磁探测带来了新的发展机遇。因此，地空电磁法有望发展成一种快速、经济和应用方便的地球物理电磁勘探方法，具有良好的发展前景。对于半航空电磁探测系统而言，接收线圈在空中移动测量姿态变化影响，是降低接收信号信噪比进而限制系统探测深度和精度的关键问题。此类问题也存在于航空电磁探测系统中，但是相比较于全航空“动源
‑
动接收”的系统，半航空属于“定源
‑
动接收”的探测系统，与全航空电磁系统的姿态响应特征和规律不同。因此，航空电磁系统中的姿态校正方法不再适用。

技术实现思路

[0003](一)专利技术目的
[0004]本专利技术的目的是提供一种半航空电磁法视电阻率测量系统及方法以解决现有技术因为水平接收线圈的姿态角度偏转导致测量数据不准确的问题。
[0005](二)技术方案
[0006]为解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了一种半航空电磁法视电阻率测量系统，包括：第一传感器，其用于测量响应磁场中垂直磁感应的实测强度幅值；第二传感器，其用于测量所述第一传感器在空中的三轴姿态角度变化量；处理器，其用于基于所述实测强度幅值和所述三轴姿态角度变化量计算视电阻率。
[0007]进一步地，还包括：发射源，其用于产生响应磁场。
[0008]进一步地，所述处理器基于所述实测强度幅值和所述三轴姿态角度变化量采用迭代拟合法计算视电阻率。
[0009]进一步地，所述第一传感器为接收线圈，所述第二传感器设置在所述接收线圈的圆心处。
[0010]进一步地，飞行器，其用于搭载所述第一传感器和所述第二传感器。
[0011]根据本专利技术的另一个方面，提供半航空电磁法视电阻率测量方法，包括：同时测量第一传感器在空中的三轴姿态角度变化量和响应磁场中垂直磁感应的实测强度幅值B
m
(ρ,R,ω)；利用迭代拟合法计算视电阻率。
[0012]进一步地，所述利用迭代拟合法计算视电阻率包括：
[0013]S1、给定视电阻率i为循环的次数，初始值ρ
a(1)
＝100000，利用半航空三轴磁感应强度正演计算公式，基于三轴姿态角度变化量用半航空三轴磁感应强度正演计算公式，基于三轴姿态角度变化量计算响应磁场中垂直磁感应的强度拟合值R为测点位置，ω为发射频率；
[0014]S2、判定是否成立，ε为误差容许值；
[0015]S3、若成立，得到强度拟合值和准确的视电阻率
[0016]S4、若不成立，设置再次执行步骤S2，并判定是否成立；
[0017]S5、循环执行步骤S4，直至成立，得到强度拟合值和准确的视电阻率
[0018]进一步地，所述计算强度拟合值包括：基于所述S1获取的三轴姿态角度变化量生成姿态角度旋转矩阵R
c
；基于半航空三分量磁感应强度响应公式计算得到半航空三分量磁感应强度B
x
，B
y
，B
z
；基于所述半航空三分量磁感应强度B
x
，B
y
，B
z
，计算得到强度拟合值
[0019]进一步地，所述姿态角度旋转矩阵
[0020][0021]其中，s和c分别为正弦函数sin和余弦函数cos的缩写。
[0022]进一步地，所述基于所述三分量电磁响应B
x
，B
y
，B
z
得到强度拟合值B
r
(ρ,R,ω)包括：
[0023][0024]进一步地，所述获取三轴姿态角度变化量包括：接收线圈处于完全水平状态时，依据地面的发射源，以接收线圈圆心为原点，垂直于所述接收线圈所在平面且竖直指向地面的方向为z轴，垂直于所述z轴且平行发射源电流方向为x轴，同时垂直于z轴和x轴、且以所述发射源朝向所述接收线圈的方向为y轴，建立初始右手系直角坐标系oxyz，姿态变化后接收线圈坐标系发生变化，变化后的坐标系定义为旋转坐标系ox＇y＇z＇；为横滚角，对应y到y＇的偏转角度；为俯仰角，对应x到x＇的偏转角度；为偏航角，对应z到z＇的
偏转角度。
[0025]进一步地，所述误差容许值的范围为：ε∈[1％，5％]。
[0026]进一步地，采用MEMS姿态传感器获取三轴姿态角度变化量
[0027](三)有益效果
[0028]本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0029]本专利技术公开的半航空电磁法视电阻率测量系统，针对接收系统在空中移动测量过程中，接收线圈姿态变化引入测量误差的问题，提出一种基于单一垂直磁场分量+三轴姿态测量的半航空电磁法视电阻率测量新方法。该方法无需在空中搭载笨重的三轴接收线圈测量磁场三分量，简化了测量系统，增强了系统的无人机平台适应性。也无需在地面多个测点布置水平磁场测量系统，同时减少了因系统重量增大而引入的载重限制和噪声问题，无需进行三分量姿态校正，简化了校正算法，降低运算成本、提升运算效率。实现基于最简便的单一垂直磁场分量测量系统完成半航空电磁法视电阻率的测量，同时抑制空中移动测量接收线圈的姿态变化影响。
附图说明
[0030]图1是根据本专利技术一实施方式的测量系统示意图。
[0031]图2是根据本专利技术另一实施方式的测量系统示意图。
[0032]图3是根据本专利技术一实施方式的测量方法流程图。
[0033]图4是磁场幅度沿测线呈现波动变化趋势图。
[0034]图5是测量接收线圈飞行中的姿态角度变化趋势图。
[0035]图6是视电阻率成像结果对比图。
[0036]附图标记：
[0037]100：第一传感器；200：第二传感器；300：发射源；400：飞行器。
[0038]图1中：Survey area为测量区域。
[0039]图4中：
[0040]Amplitude(T/A)为测量到的电流归一化实测强度幅值垂直磁感应的实测强度幅值，单位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半航空电磁法视电阻率测量系统，其特征在于，包括：第一传感器(100)，其用于测量响应磁场中垂直磁感应的实测强度幅值；第二传感器(200)，其用于测量所述第一传感器(100)在空中的三轴姿态角度变化量；处理器，其用于基于所述实测强度幅值和所述三轴姿态角度变化量计算视电阻率。2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，还包括：发射源(300)，其用于产生响应磁场。3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述处理器基于所述实测强度幅值和所述三轴姿态角度变化量采用迭代拟合法计算视电阻率。4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述第一传感器(100)为接收线圈，所述第二传感器(200)设置在所述接收线圈的圆心处。5.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，还包括：飞行器(400)，其用于搭载所述第一传感器(100)和所述第二传感器(200)。6.一种半航空电磁法视电阻率测量方法，其特征在于，包括：同时测量第一传感器(100)在空中的三轴姿态角度变化量同时测量第一传感器(100)在空中的三轴姿态角度变化量和响应磁场中垂直磁感应的实测强度幅值B
m
(ρ,R,ω)；利用迭代拟合法计算视电阻率。7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述利用迭代拟合法计算视电阻率包括：S1、给定视电阻率i为循环的次数，初始值ρ
a(1)
＝100000，利用半航空三轴磁感应强度正演计算公式，基于三轴姿态角度变化量计算响应磁场中垂直磁感应的强度拟合值R为测点位置，ω为发射频率；S2、判定是否成立，ε为误差容许值；S3、若成立，得到所述强度拟合值和准确的视电阻率S4、若不成立，设置再次执行步骤S2，并判定是否成立；S5、循环执行步骤S4，直至成立，得到强度拟合值和准确的视电阻率8.根据权利要求7所述的测...

【专利技术属性】
技术研发人员：康利利，王中兴，刘志尧，张天信，尹雄，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：