【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地球物理勘探，具体地而言为一种基于甚低频电磁法的地空三分量观测方法。
技术介绍
1、甚低频电磁法是近年来快速发展的一种地球物理探测方法，该方法采用地面导航无线电发射台站作为源，通过测量接收点信号强度和相位的变化，对地下结构进行成像。地空接收是一种为了弥补地面接收和航空接收缺点而提出的一种接收方法，将接收系统挂载在无人机上，可以有效提升探测效率，避免了直升机载重量对发射功率的限制和复杂地形的影响。由于无人机在飞行过程中会引入噪声干扰，对接收系统造成影响，采用三分量接收方式可以有效提升信噪比，对接收信号进行误差校正。因此，研究基于甚低频电磁法的地空三分量观测方法可为地球物理探测等前沿科学技术的研究提供一种新的技术手段，具有重要的科学技术价值和现实的使用价值。
2、目前在甚低频电磁法的地空观测领域，国内外有很多相关研究成果。2007年，pedersen等人提出一种新型张量甚低频技术并将其用于瑞典地质调查局收集的航空甚低频数据中，但是改方法在进行数据校正时仅使用了倾角一个参量，使得校正的数据仍存在一定的误差。2024年，任博宇等人提出了一种基于电荷模拟方法的超低频天线近场电场数值分析方法，该方法可求得甚低频发射天线周围的电磁场分布，但没有考虑地下结构的影响。2021年，sattel等人提出了一种对航空甚低频数据中的干扰噪声处理方法，具有一定的参考价值。目前国内外相关成果主要集中于航空电磁探测方法，对于地空数据的处理较少。
3、cn202311865738.x公开了基于甚低频电磁波的中继传输方法、装置
4、cn202211381091.9公开了一种正交多通道甚低频全向合成磁天线接收机及其信号处理方法，灵敏度高，抗干扰性强，能够增加有效通信距离，但该方法仅适用于单分量或垂直交叉天线接收，无法针对三分量情况，仍需进行改进。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有电磁探测方法难以实现地下浅部目标体的高精度探测，根据已有地面甚低频发射台站，建立跨圈层甚低频天线发射-接收模型，设计地空三分量接收线圈传感器，提供一种基于甚低频电磁法的地空三分量观测方法。
2、本专利技术是这样实现的，一种基于甚低频电磁法的地空三分量观测方法，包括如下步骤：
3、1)建立跨圈层甚低频天线发射-接收模型，将地面甚低频台站发射天线等效为垂直电偶极子，甚低频电磁波经过地下、空气、电离层各层的反射后到达接收点，根据接收点的磁场对甚低频电磁波进行计算，通过计算不同频率电磁波以及电磁波随传播距离的磁场值的变化，得到三分量磁场值的变化规律的传播特征，包括磁场值曲线形态、磁场值高低变化过程以及磁场值大小；
4、2)根据甚低频发射台站频段范围确定接收线圈的接收频点和调谐频率，根据步骤1)得到的甚低频信号三分量磁场传播特征确定接收线圈的灵敏度；
5、3)根据步骤2)接收线圈的接收频点、调谐频率以及灵敏度确定接收线圈的设计参数，接收线圈的调谐频率fa为其中r表示接收线圈的电阻，l表示接收线圈的电感；接收线圈的带宽由中心频率f0确定，其中c表示接收线圈的电容；接收线圈的灵敏度sa为其中k表示玻尔兹曼常数，t表示以开尔文为单位的温度，ω表示角频率，n表示线圈匝数，a表示线圈面积；标准的甚低频的接收线圈选取电阻为1欧姆，电感为1毫亨；
6、4)采用接收机对接收线圈采集到的实测数据进行接收、采集和存储；
7、5)对步骤4)中得到的实测数据进行预处理，根据无人机飞行姿态进行三分量信号校正；
8、6)对步骤5)中校正后的数据采用k-h滤波法和欧拉反卷积法相结合进行地下结构电流密度成像，并根据结果圈定和识别地下浅部目标体。
9、进一步地，步骤1)建立的甚低频天线发射-接收模型，将甚低频发射天线等效为垂直电偶极子，其电流密度表达式为：
10、jz＝idlδ(x)δ(y)δ(z-d) (1)
11、式(1)中jz表示垂直电偶极子电流密度，i表示发射电流，dl表示垂直天线高度，x、y、z表示源的位置，δ(x)和δ(y)分别表示位于x，y点的冲激函数，δ(z-d)表示位于z＝d点的冲激函数；
12、接收点的磁场表达式为：
13、
14、式(2)中bφ表示柱坐标系中φ方向磁场分量，c1c表示电离层正向系数，c1d表示电离层反向系数，c0f表示全空间关联系数，ρ表示发射到接收的距离，λ表示积分变量。
15、进一步地，步骤5)中三分量信号采用方向余弦法进行校正，假定载体坐标系发生旋转的角度依次为横滚角α、俯仰角β、偏航角ψ，则其旋转矩阵rm和地理坐标系下的磁场b为：
16、
17、
18、式(4)中ba表示三分量线圈传感器在空中测得的磁场，t表示转置，根据方向余弦法可知，通过三次旋转实现两个坐标系的完全重合，采用旋转矩阵与实测数据校正出地理坐标系下的磁场，实现数据预处理。
19、进一步地，步骤6)中采用k-h滤波法和欧拉反卷积法的计算表达式为：
20、
21、
22、式(5)为k-h滤波法计算表达式，其中，δz表示测量计算区域，ia表示计算点的电流密度，δx表示数据点之间的距离，h-3到h3是连续6个点测量的数据值，计算得到的电流密度值位于计算中使用的6个点的中心，深度等于δx，根据式(5)推断导电体的位置和深度；
23、式(6)为欧拉反卷积法计算表达式，其中，xa、ya、za表示计算点的位置，f是式(5)计算得到的ia的实分量，bb是区域背景场的值，n表示结构指数，用于描述异常源的几何形状。该方法可用于推断目标深度和几何形状的信息。将两种方法相结合，可更精确地实现地下浅层目标体的探测。
24、本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：针对现有电磁探测方法难以实现地下浅部目标体的高精度探测，根据已有地面甚低频发射台站，建立跨圈层甚低频天线发射-接收模型，析甚低频电磁波传播特征，设计地空三分量接收线圈传感器，提供一种基于甚低频电磁法的地空三分量观测方法，实现地下浅部目标体的高精度探测。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于甚低频电磁法的地空三分量观测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于甚低频电磁法的地空三分量观测方法，其特征在于，步骤1)建立的甚低频天线发射-接收模型，将甚低频发射天线等效为垂直电偶极子，其电流密度表达式为：
3.根据权利要求1所述的基于甚低频电磁法的地空三分量观测方法，其特征在于，步骤5)中三分量信号采用方向余弦法进行校正，假定载体坐标系发生旋转的角度依次为横滚角α、俯仰角β、偏航角ψ，则其旋转矩阵Rm和地理坐标系下的磁场B为：
4.根据权利要求1所述的基于甚低频电磁法的地空三分量观测方法，其特征在于，步骤6)中采用K-H滤波法和欧拉反卷积法的计算表达式为：
【技术特征摘要】
1.一种基于甚低频电磁法的地空三分量观测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于甚低频电磁法的地空三分量观测方法，其特征在于，步骤1)建立的甚低频天线发射-接收模型，将甚低频发射天线等效为垂直电偶极子，其电流密度表达式为：
3.根据权利要求1所述的基于甚低频电磁法的地空三分...
【专利技术属性】
技术研发人员：嵇艳鞠，张阳，邱仕林，赵雪娇，王远，林君，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。