[发明专利]一种基于最小二乘算法的航空电磁数据系统辨识的优化方法

说明书

本发明涉及一种基于最小二乘算法的航空电磁数据系统辨识的优化方法。录入伪随机发射电流和伪随机发射电流激发地下良导体产生的航空电磁数据；分别截断伪随机发射电流和航空电磁数据的第一周期；对航空电磁数据进行系统辨识，得到有限长度的大地电磁响应数据；对辨识得到的大地电磁响应数据和时间序列同时取自然对数，采用最小二乘法拟合的方法，得到大地电磁响应的一阶拟合式的斜率和截距；延长一倍时间序列长度，代入步骤大地电磁响应的一阶拟合式，得到延长时间段的大地电磁响应数据；对其延长时间部分的，大地电磁响应的幅值进行求解。最终得到延长的大地电磁响应。与传统的系统辨识大地电磁响应技术相比，可以获取更准确的辨识结果。

技术领域

本发明属于时间域航空电磁资料处理技术领域，特别涉及一种基于最小二乘算法的航空电磁数据系统辨识的优化方法。

背景技术

以伪随机序列(PRBS)为发射电流，应用系统辨识方法获取大地电磁响应的时间域航空电磁法(ATEM)是一种基于机载方式，建立在电磁感应原理上，高效的地球物理浅层探测方法。适用于大面积地质，地貌的勘探与调查，具有探测效率高，可较好获取浅层地质信息的优点。

航空电磁数据系统辨识方法是以大地为待辨识系统，由实际发射电流对航空电磁数据进行辨识，得到大地电磁响应数据。系统辨识方法的误差主要由两点原因引起，第一个原因为：第一周期发射电流开启时由0A下降至最小幅值，与其他周期发射电流在正负最大幅值间变化不同，破坏了系统辨识所需要的周期性条件，会使辨识结果存在较大误差。第二个原因为：航空电磁数据为实际发射电流与无限长度的大地电磁响应的卷积，而因可辨识长度的限制，只能辨识有限的长度的大地电磁响应数据，则未参与辨识的大地电磁响应带来的影响将计入辨识得到的大地电磁响应中，并因为卷积运算，会随着采集时间长度的增加，出现累积误差，对系统辨识结果精度出现较大影响。因此对系统辨识方法进行优化，获取高精度的大地电磁响应是航空电磁探测中的关键问题。去除第一周期数据的影响，再通过最小二乘的方法对辨识得到的大地电磁响应数据进行拟合，将未辨识的大地电磁响应对航空电磁数据的影响去除，最后通过迭代提高辨识精度，相对原有的系统辨识方法更加贴近实际情况，减少辨识误差，得到正确的大地电磁响应数据。

武欣等(2015)在“伪随机编码源电磁响应的精细辨识”一文中对辨识得到的大地电磁响应与仿真计算得到的大地电磁响应对比，对两者误差计算了误差函数，并只截取误差较小的部分进行分析。该方法浪费数据，且不能保证辨识精度。武欣等对于误差较大部分的辨识结果，认为对数据进行适当平滑即可提高精度，缺乏理论依据。武欣等的方法并未涉及通过最小二乘法对系统辨识方法进行优化。

根据长期的观察和资料，大多数应用系统辨识方法并未针对系统辨识中，因辨识长度有限带来的误差进行改进。如石琦等在“伪随机编码磁性源瞬变电磁发射技术及电磁响应分析”一文中分别对不含噪声的航空电磁数据和含噪声的电磁数据进行系统辨识，因含噪声的系统辨识存在更大的误差，则忽略了对不含噪声的系统辨识在尾端误差的分析与处理。本发明提出了一种基于最小二乘算法的航空电磁系统辨识优化方法，到目前为止，尚未发现关于应用最小二乘法对系统辨识得到的大地电磁响应进行拟合，并在航空电磁数据中去除未参与辨识的大地响应的影响，来提高系统辨识精度方法的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于最小二乘算法的航空电磁数据系统辨识的优化方法，能够精准的获取大地电磁响应数据，解决原有系统辨识方法因辨识矩阵长度有限使得辨识结果存在误差的问题，并大幅度提高辨识结果精度。

本发明是这样实现的，

一种基于最小二乘算法的航空电磁数据系统辨识的优化方法，该方法包括：

步骤a、录入伪随机发射电流和伪随机发射电流激发地下良导体产生的航空电磁数据；

步骤b、分别截断伪随机发射电流和航空电磁数据的第一周期；并通过数据叠加的方法抑制噪声；

步骤c、对航空电磁数据进行系统辨识，得到有限长度的大地电磁响应数据；