固定翼时间域航空电磁探测线圈姿态影响分析与校正

论文摘要

固定翼时间域航空电磁探测是以飞行器作为运载平台,在发射电流激励下对地下介质感应的二次场进行测量的一种物探方法。由于固定翼时间域航空电磁探测采用飞行测量方式,具有不受复杂地形条件限制、探测速度快、灵活性好、效率高等优点;但在飞行测量过程中,发射线圈和接收线圈会受到风向、飞行器颠簸以及飞行速率等影响产生姿态变化,给测量数据带来误差,影响后续数据解释。因此,本文研究了发射、接收线圈姿态变化时动态响应和静态响应的正演计算,分析了线圈姿态变化对动、静态响应的影响,校正了线圈姿态变化时的动、静态响应。本文主要研究内容如下:(1)根据电磁场的基本理论,利用系统坐标系和线圈坐标系中的向量坐标转换,推导出发射、接收线圈姿态变化时的电磁响应表达式。通过对线圈姿态变化时的电磁响应分析,得出该电磁响应由两部分组成:线圈姿态连续变化时产生的动态响应和线圈处于倾斜状态下感生的静态响应。(2)在正演计算基础上,在实际飞行探测角度范围内,分析了发射、接收线圈姿态变化对动态响应和静态响应的影响。对于动态响应,发射线圈姿态变化不对其造成影响,只与接收线圈的姿态角度、角度变化率有关;对于静态响应,发射、接收线圈姿态变化都会产生影响,其中,发射、接收线圈俯仰角度对静态响应的影响远大于摇摆角度造成的影响。(3)针对线圈姿态变化对动态响应和静态响应造成的影响,提出先动态再静态的校正方法:首先利用地磁场大小以及线圈的摇摆、俯仰角度和角度变化率计算出动态响应,以线圈姿态变化情况下的电磁响应减去动态响应,实现对动态响应的校正;然后根据静态响应系数随电导率变化缓慢的特点,在相同线圈姿态角度下、一定电导率范围内,采用同一静态响应系数对静态响应进行校正。在含有浅部异常和深部异常的大地模型下,用该校正方法对线圈姿态进行校正,校正结果验证了该方法的有效性。但在探测区域电导率未知的情况下,需要通过反演或快速成像获取该区域电导率,利用该电导率下的静态响应系数实现静态响应的校正,此时反演结果的准确性会影响校正精度。(4)针对静态响应校正需要获取探测区域大地电导率信息的问题,提出了基于BP神经网络的线圈姿态校正。设计了4隐含层的BP神经网络,将不同电导率模型下的静态响应与姿态角度一起作为神经网络的输入,静态响应响应系数作为神经网络的输出,可以在电导率未知的情况下获得相对准确的静态响应系数,实现静态响应的校正。通过在浅部异常大地模型和深部异常大地模型下的校正实验,表明了基于BP神经网络线圈姿态校正方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 本文主要研究内容
• 第2章 固定翼时间域航空电磁响应计算
•   2.1 时间域航空电磁探测基本原理
•   2.2 平稳飞行状态下电磁响应计算
•     2.2.1 电磁场基本理论
•     2.2.2 频率域电磁响应计算
•     2.2.3 频-时变换
•   2.3 线圈姿态变化时的电磁响应计算
•     2.3.1 动态响应和静态响应产生机理
•     2.3.2 系统坐标系与线圈坐标系转换
•     2.3.3 动态响应计算
•     2.3.4 静态响应计算
•   2.4 本章小结
• 第3章 线圈姿态变化对电磁响应的影响分析
•   3.1 线圈姿态变化对动态响应的影响
•     3.1.1 接收线圈摇摆角度变化
•     3.1.2 接收线圈俯仰角度变化
•   3.2 线圈姿态变化对静态响应的影响
•     3.2.1 发射线圈摇摆角度变化
•     3.2.2 发射线圈俯仰角度变化
•     3.2.3 接收线圈摇摆角度变化
•     3.2.4 接收线圈俯仰角度变化
•   3.3 线圈姿态变化对电磁响应的影响
•   3.4 本章小结
• 第4章 固定翼时间域航空电磁探测线圈姿态校正方法研究
•   4.1 固定翼时间域航空电磁探测线圈姿态校正方法
•     4.1.1 动态响应校正
•     4.1.2 静态响应校正
•     4.1.3 电磁响应校正
•   4.2 固定翼时间域航空电磁探测线圈姿态校正结果
•     4.2.1 浅部异常大地模型
•     4.2.2 深部异常大地模型
•   4.3 本章小结
• 第5章 基于BP神经网络的线圈姿态校正方法研究
•   5.1 BP神经网络
•     5.1.1 BP神经网络结构
•     5.1.2 BP神经网络原理
•   5.2 基于BP神经网络的线圈姿态校正方法
•     5.2.1 BP神经网络样本集建立
•     5.2.2 BP神经网络参数选择与训练
•   5.3 基于BP神经网络的线圈姿态校正结果
•     5.3.1 浅部异常大地模型
•     5.3.2 深部异常大地模型
•   5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 主要研究成果
•   6.2 主要创新点
•   6.3 展望
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王昊

导师: 朱凯光

关键词: 固定翼时间域航空电磁探测,动态响应,静态响应,线圈姿态校正,神经网络

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程,航空航天科学与工程

单位: 吉林大学

基金: 国家自然科学基金项目“固定翼时间域航空电磁探测的整体方法研究”,“基于最小噪声分离变换的航空电磁探测噪声研制技术研究”,国家重点研发计划项目子课题“机载地下矿产与水资源探测仪浅层高分辨率电磁探测技术”

分类号: P631.325;V248.1

总页数: 78

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