[发明专利]基于指数拟合‑自适应卡尔曼的地空电磁数据去噪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种时域电磁数据滤波方法，适用于符合e指数衰减规律的电磁数据滤波，尤其适用于地空时域电磁数据滤波。

背景技术

地空时域电磁法(Ground-airborne Time-domain electromagnetic system，简称GATEM)是利用地表铺设的长导线源发射双极性脉冲电流激励大地，在空间形成大面积的电磁波，在空中采用无人机或飞艇携带接收线圈对磁场响应进行采集。地空时域电磁法结合了地面瞬变电磁和航空时域电磁的优点。此方法不仅具有比地面瞬变电磁系统高效、应对复杂地形能力强等优势，而且比航空时域电磁系统空间分辨率更好、探测深度更大、信噪比更高、安全性更高。但是地空时域电磁系统在飞行测量过程中，受风向气流、飞行不平稳、传感器姿态等产生运动噪声，以及工频噪声、天电干扰等电磁噪声，导致地空电磁测量信号中含有较为复杂的噪声干扰，因此严重影响后期反演结果的准确性，所以对地空电磁探测数据的去噪方法研究具有重要意义。

目前已经应用到地空电磁数据噪声消除的方法有很多，其中Wang,Y.(2013)设计了一种基于综合小波变换的基线漂移校正方法，可以去除地空电磁测量数据的基线漂移。Bouchedda,A.(2010)提出天电噪声提取和小波系数叠加方法去除天电噪声，也就是应用小波变换能够有效地抑制天电噪声，但是当局部出现较大的天电干扰时，将改变衰减曲线特性。Chen,B.(2014)应用独立主成分分析法对于特征明显的工频强干扰去噪效果较好以及滤除一部分人文噪声。

CN201110197887.4公开了长导线源瞬变电磁地空探测方法，采用长导线源瞬变电磁地空探测装置对深部地质目标体进行探测，获得瞬变电磁的观测数据，将其转换成瞬变电磁虚拟波数据，采用多点数据合成获得瞬变电磁合成孔径数据体，并对合成孔径数据体进行处理解释，获得深部地质目标体信息。

CN201510193706.9公开了基于数学形态学的航空电磁数据去噪方法，提出自适应多尺度复合形态滤波方法，根据信号局部特征和噪声特点自适应的选择结构元素类型和尺寸大小，滤除信号中的正、负脉冲噪声和随机噪声。

CN201110197887.4公开了长导线源瞬变电磁地空探测方法以及处理解释方法，但是并没有给出对地空探测数据的滤波方法；CN201510193706.9公开了一种航空去噪方法，针对航空电磁信号特点进行滤波，虽然可以采用数学形态学这种方法对地空电磁探测数据进行去噪处理，去除信号中的正、负脉冲噪声和随机噪声，但是实际地空电磁探测数据中同时含有白噪声、工频干扰、发动机、运动等电磁噪声，混合存在很难进行分离。目前针对地空电磁探测数据的去噪方法大多针对某一类电磁噪声能够进行有效地去除，但是未考虑地空电磁信号特点，导致有较大噪声干扰时衰减曲线特性被改变。因此需要设计一种考虑地空电磁信号特征并且能够有效滤除多种噪声的滤波方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有去噪方法的不足，根据地空电磁数据衰减特征，提供一种能够同时有效滤除多种电磁噪声，基于指数拟合-自适应卡尔曼的地空电磁数据去噪方法。

本发明的主要思想是：在提取地空电磁数据衰减特征的基础上，建立指数拟合预报方程，将拟合输出结果作为预测值，将拟合输出结果作为预测值输入到滤波器中，滤除实测数据的电磁噪声，提取有效信号，将滤波后地空电磁数据进行电阻率-深度参数计算、成像。

本发明是这样实现的，一种基于指数拟合-自适应卡尔曼的地空电磁数据去噪方法包括：

1)首先从实测连续数据中进行分割，获得单点的地空电磁测量数据；

2)利用加权均值滤波方法对电磁数据进行预处理；

3)提取地空电磁数据的衰减特征，建立指数拟合预报方程，对电磁数据进行e指数拟合；

4)建立自适应标量卡尔曼滤波器，将拟合输出结果作为预测值输入到滤波器中，滤除实测数据的电磁噪声，提取有效信号；

5)将滤波后地空电磁数据进行电阻率-深度参数计算和成像。

进一步地，步骤3中，按照对数等间隔方式将数据进行分段，提取每时段数据的时间常数τ值作为拟合参数，采用e指数拟合方法对每时段数据进行拟合。拟合方程为：

其中，v_k为第k道的电磁响应预测值，a₁为调整系数，a₂为系统增益，a₃为时间常数τ，t_k为第k道的延迟时间。

进一步地，步骤4中包含以下步骤：