航空频率域电磁法中姿态旋转不变量的姿态校正算法.pdfVIP

第27 卷第3 期 中国有色金属学报 2017 年3 月 Volume 27 Number 3 The Chinese Journal of Nonferrous Metals March 2017 DOI ：10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.03.017 航空频率域电磁法中姿态旋转 不变量的姿态校正算法 1, 2 1, 2 1, 3 1, 3 李 光 , 渠晓东 , 黄 玲 , 方广有 (1. 中国科学院 电磁辐射与探测技术重点实验室，北京 100190； 2. 中国科学院大学，北京 100049； 3. 中国科学院 电子学研究所，北京 100190) 摘 要：基于磁偶极子的航空频率域电磁法仪器在飞行探测的过程中，由于吊舱姿态角的变化，使得收发线圈 与大地之间的耦合发生变化，从而产生姿态误差。根据误差来源的不同，可以将姿态误差分为方向误差与位置 误差两种。为了消除姿态误差的影响，基于层状大地模型，首先推导得到三轴发射、三轴接收线圈架构下的电 磁张量姿态旋转不变量，再基于重叠偶极子模型，推导得到吊舱翻滚角及俯仰角的余弦值，进而实现不变量位 置误差的校正。与传统的姿态校正算法相比，不变量的姿态误差校正算法无需测量吊舱的姿态角信息。由仿真 结果可知，不变量的姿态校正算法可以实现传统姿态校正算法在3 种常用线圈架构中的校正效果；在常见的H 型与K 型三层大地模型下，校正后不变量的相对误差小于0.1%，从而验证了不变量姿态校正算法的可行性。 关键词：航空频率域电磁法；姿态误差；电磁张量；姿态旋转不变量；重叠偶极子模型 文章编号：1004-0609(2017)-03-0582-12 中图分类号：P319.1 文献标志码：A 频率域电磁法属于地球物理电磁勘探方法的一 速、风向等因素的影响，使得收发线圈与待测大地之 种，相较于时间域电磁法，具有不受关断时间影响、 间的耦合发生变化从而产生姿态误差。目前对航空频 信噪比高等优点，在浅地表探测方面具有较强的优势， 率域电磁法仪器中吊舱运动机理以及姿态变化对电磁 目前已被广泛应用于地质普查、金属勘探、考古、城 响应影响的相关研究工作已经取得了一些成果： [7] [8] 市地下管道探测等领域。而基于磁偶极子的频率电磁 SON 和 WON 等 在进行水深探测试验时提出吊舱 法的基本工作原理为：发射线圈以步进或合成方式发 姿态角的变化会对航空电磁测量数据产生影响； 射特定频率的磁场信号( 即一次场) ，与待测大地或良 DESZCZ-PAN 等[9]和FRASER[10]对吊舱的晃动在航空 导异常体作用产生感应涡流，进而产生相同频率的磁 电磁测量数据反演结果中产生的误差进行了研究； 场信号( 即二次场) ，再通过分析接收线圈接收到的二 HOLLADAY 等[11]研究了吊舱的姿态变化对高度测量 次场信号，可实现对大地电阻率或地下异常体的探 以及海冰厚度探测产生的影响；2006 年，DAVIS 等[12−13] 测[1] 。按照测深原理的不同，频率域电磁法勘探可以 提出了吊舱沿着吊绳与飞机连接点的晃动模型，将吊 分为几何测深(Geometrical sounding) 与频率测深 舱的运动分为纵向(In-lin