[发明专利]一种时间域航空电磁探测系统接收线圈运动噪声的数值仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种时间域航空电磁探测的资料处理方法，尤其是接收线圈运动噪声的数值仿真方法。

背景技术

航空电磁探测作为一种高效快速的物探方法，是利用飞机承载探测仪器，在航行过程中观测地球物理场发生的各种变化，并根据电磁感应原理获取大地电阻率信息，用于勘查地下矿产等资源或进行地质问题的研究。在时间域航空电磁数据处理中，噪声是影响航空电磁探测深度与异常分辨能力的重要因素。其中，航空电磁探测系统在飞行测量过程中，由于飞行环境、飞机姿态、飞行速度等原因，引起接收线圈在地磁场中摆动，切割地磁场磁力线进而产生感应电动势，即为线圈运动噪声。因其具有频率低、幅度大的特点而成为航空电磁探测中的主要噪声源之一。线圈运动噪声会导致观测数据与系统平稳飞行结果之间存在较大偏差，因而影响了观测数据的一致性，对航空电磁探测成像结果造成干扰。

Munkholm(Motion-induced noise from vibration of a moving TEM detector coil:characterization and suppression.Journal of Applied Geophysics,1997)利用三分量磁场之和在主场方向上的投影与运动噪声之间耦合最小的原理抑制运动噪声；

Davis(Pendulum motion in airborne HEM systems.Exploration Geophysics,2006)通过分析运动噪声振荡周期特点设计滤波器进行压制等；

吉林大学学报(地球科学版),2013(时间域航空电磁数据线圈运动噪声去除方法仿真研究),采用多项式拟合全波半周期运动噪声，运用拉格朗日优化算法求解运动噪声多项式系数，然后在半周期数据中去除运动噪声。

CN104865608A公开了一种“时间域航空电磁法运动噪声检测装置及抑制方法”。该方法设计一种运动噪声检测装置，包括地面和空中两部分，空中由直升机或飞艇搭载，地面是装有三个磁通门传感器的箱体和地面数据收录设备，根据采集数据对运动噪声进行检测并加以抑制。上述关于时间域航空电磁探测系统接收线圈运动噪声的压制方案在一定程度上降低了运动噪声的干扰，但是仍然缺乏较为完善的针对运动噪声的原理及计算方法的研究。到目前为止，尚未见基于线圈姿态的时间域航空电磁探测系统接收线圈运动噪声的计算方法。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于线圈姿态的时间域航空电磁探测系统接收线圈运动噪声的计算方法。该方法针对时间域航空电磁探测系统接收线圈摆动形成的噪声与干扰问题，基于系统的线圈姿态测量，首先定义了接收线圈运动噪声的概念，依据飞行测量过程中接收线圈切割地磁场磁力线产生感应电动势推导得出运动噪声计算公式，其次利用飞行测量过程中的地理信息选取地磁场参数，并建立相对应的惯性坐标系和接收线圈坐标系，基于线圈姿态建立旋转矩阵以进行坐标转换，最终利用运动噪声计算公式得出数值仿真结果。

一种时间域航空电磁探测系统接收线圈运动噪声的数值仿真方法，包括以下步骤：

a、录入航空电磁辅助信息数据；

b、依据航空电磁探测地点及时间选取地磁场参数；

c、根据法拉第电磁感应定律推导航空电磁探测接收线圈运动噪声理论计算公式；

d、分别建立惯性坐标系和接收线圈坐标系并定义法向量；

e、依据惯性坐标系与接收线圈坐标系关系，引入接收线圈姿态的旋转矩阵D；

f、利用旋转矩阵D推导出非平稳状态下接收线圈运动噪声计算公式；

g、根据辅助信息数据及地磁场参数计算各分量线圈运动噪声ε_i；

h、判断是否录入计算完成，否，返回到上一步；

i、是，输出结果。

步骤a所述的航空电磁辅助信息数据，包括飞行测量过程中接收线圈的摆动角度信息和飞行方向信息。

步骤b所述的地磁场参数包括：磁场总分量F、垂直分量Z和北向分量X。

首先，录入航空电磁辅助信息数据，得到接收线圈各姿态角度数据，分别是摇摆角度数据α、俯仰角度数据β和偏航角度数据γ，并确定航空电磁探测飞行时间、飞行地点及航向θ。

其次，依据航空电磁探测飞行时间及地点，在国家地磁台网中心下载相应地磁场参数，分别是磁场总分量F、垂直分量Z和北向分量X。

根据得到的地磁场参数，进一步计算东向分量Y：

Y＝-H·sin(D), (1)