CN102944901A - 一种大地电磁阻抗估计方法 - Google Patents

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CN102944901A CN201210500143XA CN201210500143A CN102944901A CN 102944901 A CN102944901 A CN 102944901A CN 201210500143X A CN201210500143X A CN 201210500143XA CN 201210500143 A CN201210500143 A CN 201210500143A CN 102944901 A CN102944901 A CN 102944901A
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范育兵
张斌
曾歌明
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Abstract

本发明涉及大地电磁勘测信号数据处理技术，是一种大地电磁阻抗估计方法,采用步骤是：首先对采集的电场和磁场数据进行傅立叶变换，使之变为频域的数据，然后利用最小二乘法对阻抗进行初始估计，并计算两个方向电场的残差值，选取残差值小的若干组数据，并选择合适的尺度值对选取的电磁数据进行加权，利用加权后的数据重新计算阻抗值。采用这种估计方式能有效的消除飞点的影响并降低高斯白噪声的影响，得到可靠的阻抗估计值。

Description

一种大地电磁阻抗估计方法
技术领域
本发明属于大地电磁勘测技术，具体涉及大地电磁勘测信号数据处理，是一种大地电磁阻抗估计方法。
背景技术
地球物理勘探大地电磁勘测的方法，通常是通过大地电磁电场和磁场传感器采集数据，输出的电场和磁场信号通过滤波和放大电路进入A/D转换电路输出数字信号，经过滤波、抽样和增益控制等处理，输出电磁信号进行大地电磁阻抗，并将计算结果用图形方式显示出来，用来反映勘探目标的情况。
要获得可靠的电磁测量数据，电磁阻抗是关键。由于电磁法采用天然信号作为场源，其所测量的两个正交电场分量和磁场分量不可避免地受到各种干扰。在电磁法进行阻抗计算中，以磁场信号作为输入信号，以电场信号作为输出信号。电磁法阻抗计算相当于求取两个输入信号激励两个输出信号响应时的传递函数。通常采用最小二乘法来进行传输函数的估计。最小二乘法在信号服从高斯分布，并且信噪比比较高时，能达到理想的效果。但是实际环境中会存在各种非高斯分布的噪声，这种非高斯分布的噪声被称为飞点。飞点对信号估计影响较大，会导致估计的值不准确甚至产生错误。
发明内容
本发明目的在于提供一种大地电磁阻抗估计方法，对采集的大地电场数据和磁场数据进行处理，消除非高斯噪声对信号造成的影响，提高阻抗估计的准确度。
本发明采用如下技术方案：一种大地电磁阻抗估计方法，包括以下步骤：
步骤1）、对采集的电场信号和磁场信号进行傅立叶变换，使之变为频域的数据，通过改变采样率和傅立叶变化的级数，来控制电场和磁场信号的频率精度；
步骤2）、利用公式（I），采用最小二乘法对阻抗值进行初始估计, 公式（I）为：
Figure 201210500143X100002DEST_PATH_IMAGE001
  
上式中
Figure 775798DEST_PATH_IMAGE002
，分别表示两个方向的电场，
Figure 34741DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 201210500143X100002DEST_PATH_IMAGE005
分别表示两个方向的磁场，
Figure 726753DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 201210500143X100002DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 401448DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 201210500143X100002DEST_PATH_IMAGE009
表示的是需要估计的阻抗值；
步骤3）、将步骤2）中得出的初始估计阻抗值代入公式（I），分别计算所述两个方向电场的残差值； 
步骤4）、在步骤3）中计算出的数据中选取残差值最小的若干组数据，并根据残差值的大小，对电场数据、磁场数据分别进行加权；
步骤5）、将步骤4）中加权过的电场数据、磁场数据再次代入公式（I）中重新计算阻抗值。
按以上方案，所述步骤4）的具体步骤为：在步骤3）中计算出的若干组数据中选取残差值最小的30%～50%组数据，将选择的电场和磁场数据利用对应的残差值的倒数分别进行加权处理。
本发明通过两次计算阻抗值，筛选其中电磁信号质量好的数据，并跟据残差值的大小对信号进行加权处理，能够有效的消除非高斯噪声并降低高斯噪声对估计造成的影响，有利于提高大地电磁数据的测量精度和可靠性。
附图说明  
图1为本发明实施例的流程图。
具体实施方式
如图1所示是本发明一种大地电磁阻抗估计方法的一个实施例，具体步骤包括：
步骤1）、对采集的电场信号和磁场信号进行傅立叶变换，使之变为频域的数据，通过改变采样率和傅立叶变化的级数，来控制电场和磁场信号的频率分辨率； 通过降低采样率并提高傅里叶变换的阶数，可以获得低端频率的信号；通过提高采样率并降低傅里叶变换的阶数，则可以获得高端频率的信号。在采样率为4kHz时，将信号进行4096阶的傅里叶变换，则电场和磁场的估计范围为4000/4096~4000Hz；在采样率为512kHz时，将信号进行512阶的傅里叶变换，则电场和磁场的估计范围为1000~512000Hz。这种方法可以提高阻抗估计的频率范围。
步骤2）、利用公式（I），采用最小二乘法对阻抗值进行初始估计, 公式（I）为：
Figure 298735DEST_PATH_IMAGE001
  
在频率域中，电磁场满足公式（I），该公式中，
Figure 666262DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 642308DEST_PATH_IMAGE003
分别表示两个方向的电场，
Figure 120694DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 764165DEST_PATH_IMAGE005
分别表示两个方向的磁场，
Figure 99331DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 765936DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 844751DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 776017DEST_PATH_IMAGE009
表示的是需要估计的阻抗值；
步骤3）、将步骤2）中得出的初始估计阻抗值代入公式（I），分别计算两个方向电场的残差值；利用最小二乘法估计的初始阻抗值分别为、
Figure 201210500143X100002DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 373668DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 201210500143X100002DEST_PATH_IMAGE013
，将其值代入公式（I），得到两个方向电场的残差值分别为
Figure 193857DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 201210500143X100002DEST_PATH_IMAGE015
。其计算公式分别为：
Figure 982559DEST_PATH_IMAGE016
；
Figure 201210500143X100002DEST_PATH_IMAGE017
。
步骤4）、在步骤3）中计算出的数据中选取残差值最小的若干组数据，并根据残差值的大小，选取适当的尺度值对电场数据、磁场数据分别进行加权；具体的，在步骤3）中计算出的若干组数据中选取残差值最小的30%～50%组数据，将选择的电场和磁场数据利用对应的残差值的倒数分别进行加权处理；
步骤5）、将步骤4）中加权过的电场数据、磁场数据再次代入公式（I）中重新计算阻抗值。
本发明采用两次计算阻抗值的方法，以消除非高斯噪声的影响并降低高斯噪声，获得质量较好的阻抗值。
   本发明权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims (2)

1.一种大地电磁阻抗估计方法，其特征在于，其方法包括以下步骤：
步骤1）、对采集的电场信号和磁场信号进行傅立叶变换，使之变为频域的数据，通过改变采样率和傅立叶变化的级数，来控制电场和磁场信号的频率精度；
步骤2）、利用公式（I），采用最小二乘法对阻抗值进行初始估计, 公式（I）为：
Figure 201210500143X100001DEST_PATH_IMAGE002
  
上式中
Figure 201210500143X100001DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 201210500143X100001DEST_PATH_IMAGE006
分别表示两个方向的电场，
Figure 201210500143X100001DEST_PATH_IMAGE008
，分别表示两个方向的磁场，
Figure 201210500143X100001DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 201210500143X100001DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 201210500143X100001DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 201210500143X100001DEST_PATH_IMAGE018
表示的是需要估计的阻抗值；
步骤3）、将步骤2）中得出的初始估计阻抗值代入公式（I），分别计算所述两个方向电场的残差值； 
步骤4）、在步骤3）中计算出的数据中选取残差值最小的若干组数据，并根据残差值的大小，对电场数据、磁场数据分别进行加权；
步骤5）、将步骤4）中加权过的电场数据、磁场数据再次代入公式（I）中重新计算阻抗值。
2.如权利要求1所述的大地电磁阻抗估计方法，其特征在于，所述步骤4）的具体步骤为：在步骤3）中计算出的若干组数据中选取残差值最小的30%～50%组数据，将选择的电场和磁场数据利用对应的残差值的倒数分别进行加权处理。
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