CN104570131A - 一种估计大地电磁参数的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种估计大地电磁参数的方法和装置，属于大地电磁测深技术领域。所述方法包括：获取四个分量的电磁场频域信号，四个分量包括x方向电场、y方向电场、x方向磁场、y方向磁场，各个分量的电磁场频域信号均包括多个电磁场频域信号；确定四个分量的电磁场频域信号的功率谱，同一个分量的电磁场频域信号具有多个自功率谱，相同两个分量的电磁场频域信号具有多个互功率谱；采用中值滤波算法，确定阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值；采用阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值开始对功率谱进行若干次迭代，得到功率谱的均值、以及更新后的阻抗和导纳；将功率谱的均值、以及更新后的阻抗和导纳作为大地电磁参数输出。本发明提高了估计的准确性。

Description

一种估计大地电磁参数的方法和装置

技术领域

本发明涉及大地电磁测深技术领域，特别涉及一种估计大地电磁参数的方法和装置。

背景技术

大地电磁法(Magnetotelluric mehtod，简称MT)是利用天然电磁场作场源，在地面布设仪器测量电磁场信号并进行分析处理，进而探知地下物质电性特征的方法。

目前一般采用最小二乘法选取迭代的初值，根据电磁场信号进行若干次迭代，确定电磁场信号的功率谱和阻抗，进而推断出不同深度的大地电阻率(用来表示大地电阻特征的物理量)，探知到地下物质电性特征。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

采用最小二乘法选取迭代的初值时，不能去除初值中的噪声，会对迭代结果产生不利影响，造成对功率谱估计的准确性较差。

发明内容

为了解决现有技术对功率谱估计的准确性较差的问题，本发明实施例提供了一种估计大地电磁参数的方法和装置。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种估计大地电磁参数的方法，所述方法包括：

获取四个分量的电磁场频域信号，所述四个分量包括x方向电场、y方向电场、x方向磁场、y方向磁场，各个分量的电磁场频域信号均包括多个电磁场频域信号，所述多个电磁场频域信号是相应分量的电磁场时域信号在时域分成多段后的信号分别进行快速傅里叶变换得到的；

确定所述四个分量的电磁场频域信号的功率谱，所述功率谱包括各个分量的电磁场频域信号各自的自功率谱和四个分量的电磁场频域信号两两之间的互功率谱，同一个分量的电磁场频域信号具有多个自功率谱，相同两个分量的电磁场频域信号具有多个互功率谱，所述多个自功率谱和所述多个互功率谱是分别根据相应分量的多个电磁场频域信号得到的；

采用中值滤波算法，分别根据所述四个分量的电磁场频域信号，确定阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值；

采用所述阻抗的迭代初值和所述导纳的迭代初值开始对所述功率谱进行若干次迭代，得到所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳；

将所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳作为大地电磁参数输出。

在本发明一种可能的实现方式中，所述确定所述四个分量的电磁场频域信号的功率谱，包括：

按照如下公式计算各个分量的第i个电磁场频域信号的功率谱S_AB ⁱ：

${S_{\mathrm{AB}}}^i=B^i*\left(A^{i^{*}}\right);$

其中，表示求Aⁱ的共轭复数，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场信号的个数，Aⁱ为E_x ⁱ、E_y ⁱ、H_x ⁱ或者H_y ⁱ，Bⁱ为E_x ⁱ、E_y ⁱ、H_x ⁱ或者H_y ⁱ，E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号，E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号，H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号，H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号，当Aⁱ＝Bⁱ时，S_AB ⁱ为一个分量的第i个电磁场频域信号的自功率谱，当Aⁱ≠Bⁱ时，S_AB ⁱ为两个分量的第i个电磁场频域信号的互功率谱。

在本发明另一种可能的实现方式中，所述采用中值滤波算法，分别根据所述四个分量的电磁场频域信号，确定阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值，包括：

采用如下公式计算针对各个分量的各个电磁场频域信号的阻抗和导纳：

${Z_{\mathrm{xx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^j*{H_y}^i-{E_x}^i*{H_y}^i}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Z_{\mathrm{xy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^i*{H_x}^j-{E_x}^j*{H_x}^i}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Z_{\mathrm{yx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^j*{H_y}^i-{E_y}^i*{H_y}^j}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Z_{\mathrm{yy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^i*{H_x}^j-{E_y}^j*{H_x}^i}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Y_{\mathrm{xx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^j*{H_x}^j-{E_y}^j*{H_x}^i}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

${Y_{\mathrm{xy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^j*{H_x}^i-{E_x}^i*{H_x}^j}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

${Y_{\mathrm{yx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^i*{H_y}^j-{E_y}^j*{H_y}^i}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

${Y_{\mathrm{yy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^j*{H_y}^i-{E_x}^i*{H_y}^i}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

其中，Z_xx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对x方向的阻抗，Z_xy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对y方向的阻抗，Z_yx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对x方向的阻抗，Z_yy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对y方向的阻抗，Y_xx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对x方向的导纳，Y_xy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对y方向的导纳，Y_yx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对x方向的导纳，Y_yy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对y方向的导纳，E_x ^j为x方向第j个电场频域信号，E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号，E_y ^j为y方向第j个电场频域信号，E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号，H_x ^j为x方向第j个磁场频域信号，H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号，H_y ^j为y方向第j个磁场频域信号，H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号，j≠i，1≤j≤I且j为整数，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场信号的个数；

采用中值滤波算法，从计算出的所有x方向对x方向的阻抗中确定x方向对x方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有x方向对y方向的阻抗中确定x方向对y方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有y方向对x方向的阻抗中确定y方向对x方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有y方向对y方向的阻抗中确定y方向对y方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有x方向对x方向的阻抗中确定x方向对x方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有x方向对y方向的阻抗中确定x方向对y方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有y方向对x方向的阻抗中确定y方向对x方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有y方向对y方向的阻抗中确定y方向对y方向的导纳的迭代初值。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述采用所述阻抗的迭代初值和所述导纳的迭代初值开始对所述功率谱进行若干次迭代，得到所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳，包括：

每次迭代时，依次按照如下公式计算功率谱的均值、阻抗和导纳：

ε²E_x ⁱ＝|E_x ⁱ-(Z_xx*H_x ⁱ+Z_xy*H_y ⁱ)|²；

ε²E_y ⁱ＝|E_y ⁱ-(Z_yx*H_x ⁱ+Z_yy*H_y ⁱ)|²；

${\mathrm{\ϵ}}^2{H_x}^i={|{H_x}^i-\frac{{E_y}^i*Z_{\mathrm{yx}}-{E_x}^i*Z_{\mathrm{yy}}}{Z_{\mathrm{xy}}*Z_{\mathrm{yx}}-Z_{\mathrm{xx}}*Z_{\mathrm{yy}}}|}^2;$

${\mathrm{\ϵ}}^2{H_y}^i={|{H_y}^i-\frac{{E_x}^i*Z_{\mathrm{xy}}-{E_y}^i*Z_{\mathrm{xx}}}{Z_{\mathrm{xy}}*Z_{\mathrm{yx}}-Z_{\mathrm{xx}}*Z_{\mathrm{yy}}}|}^2;$

${{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{xy}}}^i=\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{E_x}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{E}_x}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{H_y}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{H}_y};$

${{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{yx}}}^i=\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{E_y}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{E}_y}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{H_x}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{H}_x};$

$r^i=\frac{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}({{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{xy}}}^i\left({\mathrm{\ω}}_k\right)+{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{yx}}}^i\left({\mathrm{\ω}}_k\right))}{2*I};$

$w^i=\left\{\begin{array}{cc}1& r^i\≤1\\ \frac{1}{r^i}& r^i>1\end{array}\right.;$

$S_{\mathrm{AB}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}(w^i\·{S_{\mathrm{AB}}}^i)}{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{w}^i};$

$Z_{\mathrm{xx}}=\frac{S_{E_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{H_{y}A}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Z_{\mathrm{xy}}=\frac{S_{E_{x}B}*S_{H_{x}A}-S_{E_{x}A}*S_{H_{x}B}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Z_{\mathrm{yx}}=\frac{S_{E_{y}A}*S_{H_{y}B}-S_{E_{y}B}*S_{H_{y}A}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Z_{\mathrm{yy}}=\frac{S_{E_{y}B}*S_{H_{x}A}-S_{E_{y}A}*S_{H_{x}B}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{xx}}=\frac{S_{E_{y}B}*S_{H_{x}A}-S_{E_{y}A}*S_{H_{x}B}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{xy}}=\frac{S_{E_{x}A}*S_{H_{x}B}-S_{E_{x}B}*S_{H_{x}A}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{yx}}=\frac{S_{E_{y}B}*S_{H_{y}A}-S_{E_{y}A}*S_{H_{y}B}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{yy}}=\frac{S_{E_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{H_{y}A}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

其中，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场频域信号的个数，ε²E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号的残差，ε²E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号的残差，ε²H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号的残差，ε²H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号的残差，E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号，E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号，H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号，H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场信号的个数，Z_xx为x方向对x方向的阻抗，Z_xy为x方向对y方向的阻抗，Z_yx为y方向对x方向的阻抗，Z_yy为y方向对y方向的阻抗，Y_xx为x方向对x方向的导纳，Y_xy为x方向对y方向的导纳，Y_yx为y方向对x方向的导纳，Y_yy为y方向对y方向的导纳，δ_xy ⁱ为x方向对y方向第i个电磁场频域信号归一化后的残差，δ_yx ⁱ为y方向对x方向第i个电磁场频域信号归一化后的残差，σ²E_x为采用中值滤波算法从所有ε²E_x ⁱ中选出的x方向电场频域信号的残差的均值，σ²E_y为采用中值滤波算法从所有ε²E_y ⁱ中选出的y方向电场频域信号的残差的均值，σ²H_x为采用中值滤波算法从所有ε²H_x ⁱ中选出的x方向磁场频域信号的残差的均值，σ²H_y为采用中值滤波算法从所有ε²H_y ⁱ中选出的y方向磁场频域信号的残差的均值，rⁱ为计算第i个电磁场频域信号迭代权值的参数，δ_xy ⁱ(ω_k)为δ_xy ⁱ在第k个频点的取值，δ_yx ⁱ(ω_k)为δ_yx ⁱ在第k个频点的取值，1≤k≤K且k为整数，K为每个电磁场频域信号的频点数，w_i为第i个电磁场频域信号迭代权值，S_AB为功率谱的均值，S_CD为C和D之间的功率谱，C为E_x、E_y、H_x或者H_y，D为A或B，A为E_x、E_y、H_x或者H_y，B为E_x、E_y、H_x或者H_y，E_x为x方向电场频域信号，E_y为y方向电场频域信号，H_x为x方向磁场频域信号，H_y为y方向磁场频域信号。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述将所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳作为大地电磁参数输出，包括：

当所述若干次迭代的次数达到设定次数或所述功率谱的均值对应的所有残差收敛至设定值时，将所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳作为大地电磁参数输出。

另一方面，本发明实施例提供了一种估计大地电磁参数的装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取四个分量的电磁场频域信号，所述四个分量包括x方向电场、y方向电场、x方向磁场、y方向磁场，各个分量的电磁场频域信号均包括多个电磁场频域信号，所述多个电磁场频域信号是相应分量的电磁场时域信号在时域分成多段后的信号分别进行快速傅里叶变换得到的；

功率谱确定模块，用于确定所述四个分量的电磁场频域信号的功率谱，所述功率谱包括各个分量的电磁场频域信号各自的自功率谱和四个分量的电磁场频域信号两两之间的互功率谱，同一个分量的电磁场频域信号具有多个自功率谱，相同两个分量的电磁场频域信号具有多个互功率谱，所述多个自功率谱和所述多个互功率谱是分别根据相应分量的多个电磁场频域信号得到的；

初值确定模块，用于采用中值滤波算法，分别根据所述四个分量的电磁场频域信号，确定阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值；

迭代模块，用于采用所述阻抗的迭代初值和所述导纳的迭代初值开始对所述功率谱进行若干次迭代，得到所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳；

输出模块，用于将所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳作为大地电磁参数输出。

在本发明一种可能的实现方式中，所述功率谱确定模块用于，

按照如下公式计算各个分量的第i个电磁场频域信号的功率谱S_AB ⁱ：

${S_{\mathrm{AB}}}^i=B^i*\left(A^{i^{*}}\right);$

其中，表示求Aⁱ的共轭复数，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场信号的个数，Aⁱ为E_x ⁱ、E_y ⁱ、H_x ⁱ或者H_y ⁱ，Bⁱ为E_x ⁱ、E_y ⁱ、H_x ⁱ或者H_y ⁱ，E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号，E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号，H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号，H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号，当Aⁱ＝Bⁱ时，S_AB ⁱ为一个分量的第i个电磁场频域信号的自功率谱，当Aⁱ≠Bⁱ时，S_AB ⁱ为两个分量的第i个电磁场频域信号的互功率谱。

在本发明另一种可能的实现方式中，所述初值确定模块用于，

采用如下公式计算针对各个分量的各个电磁场频域信号的阻抗和导纳：

${Z_{\mathrm{xx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^j*{H_y}^i-{E_x}^i*{H_y}^j}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Z_{\mathrm{xy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^i*{H_x}^j-{E_x}^j*{H_x}^i}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Z_{\mathrm{yx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^j*{H_y}^i-{E_y}^i*{H_y}^j}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Z_{\mathrm{yy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^i*{H_x}^j-{E_y}^j*{H_x}^i}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Y_{\mathrm{xx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^j*{H_x}^j-{E_y}^j*{H_x}^i}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

${Y_{\mathrm{xy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^j*{H_x}^i-{E_x}^i*{H_x}^j}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

${Y_{\mathrm{yx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^i*{H_y}^j-{E_y}^j*{H_y}^i}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

${Y_{\mathrm{yy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^j*{H_y}^i-{E_x}^i*{H_y}^i}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

其中，Z_xx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对x方向的阻抗，Z_xy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对y方向的阻抗，Z_yx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对x方向的阻抗，Z_yy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对y方向的阻抗，Y_xx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对x方向的导纳，Y_xy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对y方向的导纳，Y_yx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对x方向的导纳，Y_yy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对y方向的导纳，E_x ^j为x方向第j个电场频域信号，E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号，E_y ^j为y方向第j个电场频域信号，E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号，H_x ^j为x方向第j个磁场频域信号，H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号，H_y ^j为y方向第j个磁场频域信号，H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号，j≠i，1≤j≤I且j为整数，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场信号的个数；

采用中值滤波算法，从计算出的所有x方向对x方向的阻抗中确定x方向对x方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有x方向对y方向的阻抗中确定x方向对y方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有y方向对x方向的阻抗中确定y方向对x方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有y方向对y方向的阻抗中确定y方向对y方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有x方向对x方向的阻抗中确定x方向对x方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有x方向对y方向的阻抗中确定x方向对y方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有y方向对x方向的阻抗中确定y方向对x方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有y方向对y方向的阻抗中确定y方向对y方向的导纳的迭代初值。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述迭代模块用于，

每次迭代时，依次按照如下公式计算功率谱的均值、阻抗和导纳：ε²E_x ⁱ＝|E_x ⁱ-(Z_xx*H_x ⁱ+Z_xy*H_y ⁱ)|²；

ε²E_y ⁱ＝|E_y ⁱ-(Z_yx*H_x ⁱ+Z_yy*H_y ⁱ)|²；

${\mathrm{\ϵ}}^2{H_x}^i={|{H_x}^i-\frac{{E_y}^i*Z_{\mathrm{yx}}-{E_x}^i*Z_{\mathrm{yy}}}{Z_{\mathrm{xy}}*Z_{\mathrm{yx}}-Z_{\mathrm{xx}}*Z_{\mathrm{yy}}}|}^2;$

${\mathrm{\ϵ}}^2{H_y}^i={|{H_y}^i-\frac{{E_x}^i*Z_{\mathrm{xy}}-{E_y}^i*Z_{\mathrm{xx}}}{Z_{\mathrm{xy}}*Z_{\mathrm{yx}}-Z_{\mathrm{xx}}*Z_{\mathrm{yy}}}|}^2;$

${{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{xy}}}^i=\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{E_x}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{E}_x}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{H_y}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{H}_y};$

${{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{yx}}}^i=\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{E_y}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{E}_y}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{H_x}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{H}_x};$

$r^i=\frac{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}({{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{xy}}}^i\left({\mathrm{\ω}}_k\right)+{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{yx}}}^i\left({\mathrm{\ω}}_k\right))}{2*I};$

$w^i=\left\{\begin{array}{cc}1& r^i\≤1\\ \frac{1}{r^i}& r^i>1\end{array}\right.;$

$S_{\mathrm{AB}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}(w^i\·{S_{\mathrm{AB}}}^i)}{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{w}^i};$

$Z_{\mathrm{xx}}=\frac{S_{E_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{H_{y}A}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Z_{\mathrm{xy}}=\frac{S_{E_{x}B}*S_{H_{x}A}-S_{E_{x}A}*S_{H_{x}B}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Z_{\mathrm{yx}}=\frac{S_{E_{y}A}*S_{H_{y}B}-S_{E_{y}B}*S_{H_{y}A}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Z_{\mathrm{yy}}=\frac{S_{E_{y}B}*S_{H_{x}A}-S_{E_{y}A}*S_{H_{x}B}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{xx}}=\frac{S_{E_{y}B}*S_{H_{x}A}-S_{E_{y}A}*S_{H_{x}B}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{xy}}=\frac{S_{E_{x}A}*S_{H_{x}B}-S_{E_{x}B}*S_{H_{x}A}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{yx}}=\frac{S_{E_{y}B}*S_{H_{y}A}-S_{E_{y}A}*S_{H_{y}B}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{yy}}=\frac{S_{E_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{H_{y}A}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

其中，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场频域信号的个数，ε²E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号的残差，ε²E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号的残差，ε²H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号的残差，ε²H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号的残差，E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号，E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号，H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号，H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场信号的个数，Z_xx为x方向对x方向的阻抗，Z_xy为x方向对y方向的阻抗，Z_yx为y方向对x方向的阻抗，Z_yy为y方向对y方向的阻抗，Y_xx为x方向对x方向的导纳，Y_xy为x方向对y方向的导纳，Y_yx为y方向对x方向的导纳，Y_yy为y方向对y方向的导纳，δ_xy ⁱ为x方向对y方向第i个电磁场频域信号归一化后的残差，δ_yx ⁱ为y方向对x方向第i个电磁场频域信号归一化后的残差，σ²E_x为采用中值滤波算法从所有ε²E_x ⁱ中选出的x方向电场频域信号的残差的均值，σ²E_y为采用中值滤波算法从所有ε²E_y ⁱ中选出的y方向电场频域信号的残差的均值，σ²H_x为采用中值滤波算法从所有ε²H_x ⁱ中选出的x方向磁场频域信号的残差的均值，σ²H_y为采用中值滤波算法从所有ε²H_y ⁱ中选出的y方向磁场频域信号的残差的均值，rⁱ为计算第i个电磁场频域信号迭代权值的参数，δ_xy ⁱ(ω_k)为δ_xy ⁱ在第k个频点的取值，δ_yx ⁱ(ω_k)为δ_yx ⁱ在第k个频点的取值，1≤k≤K且k为整数，K为每个电磁场频域信号的频点数，w_i为第i个电磁场频域信号迭代权值，S_AB为功率谱的均值，S_CD为C和D之间的功率谱，C为E_x、E_y、H_x或者H_y，D为A或B，A为E_x、E_y、H_x或者H_y，B为E_x、E_y、H_x或者H_y，E_x为x方向电场频域信号，E_y为y方向电场频域信号，H_x为x方向磁场频域信号，H_y为y方向磁场频域信号。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述输出模块用于，

当所述若干次迭代的次数达到设定次数或所述功率谱的均值对应的所有残差收敛至设定值时，将所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳作为大地电磁参数输出。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过采用中值滤波算法，分别根据四个分量的电磁场频域信号，确定阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值，可以有效消除迭代初值中的噪声，减小了噪声对迭代结果产生的不利影响，提高了对功率谱估计的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种估计大地电磁参数的方法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的一种估计大地电磁参数的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种估计大地电磁参数的方法，参见图1，该方法包括：

步骤101：获取四个分量的电磁场频域信号。

在本实施例中，四个分量包括x方向电场、y方向电场、x方向磁场、y方向磁场，各个分量的电磁场频域信号均包括多个电磁场频域信号，多个电磁场频域信号是相应分量的电磁场时域信号在时域分成多段后的信号分别进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，简称FFT)得到的。

具体地，x方向的多个电场频域信号是x方向的电场时域信号在时域分成多段后的信号分别进行FFT得到的，y方向的多个电场频域信号是y方向的电场时域信号在时域分成多段后的信号分别进行FFT得到的，x方向的多个磁场频域信号是x方向的磁场时域信号在时域分成多段后的信号分别进行FFT得到的，y方向的多个磁场频域信号是y方向的磁场时域信号在时域分成多段后的信号分别进行FFT得到的。

需要说明的是，本发明针对的是四个分量的电磁场频域信号，这是大地电磁探测方法进行二维勘探的基本要求。在实际应用中，其实还存在针对一个方向的电场频域信号和另一个方向的磁场频域信号(即两个分量的电磁场频域信号)的处理方法，其中电场频域信号的方向和磁场频域信号的方向相互垂直。在这种处理方法中，由于只有一个方向的电场频域信号和另一个方向的磁场频域信号，一方面只能得到一维条件下的处理结果，过于简单，不能全面反映实际地下物质复杂的电性特征；另一方面，电磁场频域信号中包含的噪声，特别是低频段的噪声，难以使用有效的方法去除，导致处理结果误差过大。而本发明针对的四个分量的电磁场频域信号由于使用多道采集，数据信号本身包括一些冗余信息，因此可以利用这些信息，使用多种手段进一步降低噪声的干扰，得到更稳定可靠的地下介质的电性分布特征，从而为勘探目标的地质解释提供更准确的参考。

在本实施例一种实现方式中，该步骤101可以包括：

接收四个分量的电磁场时域信号；

分别对各个分量的电磁场时域信号按照设定的时间间隔分段，得到多个不同时间段的各个分量的电磁场时域信号；

分别对多个不同时间段的各个分量的电磁场时域信号进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，简称FFT)，得到多个不同时间段的各个分量的电磁场频域信号。

在具体实现中，在地面设置传感器，可以最多接收到五个分量的大地电磁场信号，分别为x方向的电场信号、y方向的电场信号、x方向的磁场信号、y方向的磁场信号、z方向的磁场信号。其中，x方向一般为指向正北方的方向，y方向一般为指向正东方的方向，z方向一般为垂直于水平面的方向。

可选地，在接收四个分量的电磁场时域信号之后，该方法还可以包括：

分别对接收的四个分量的电磁场时域信号进行预白。

具体地，预白是一种常用的信号处理技术。由于采集的电磁场信号在接收之前受到了各种干扰(如地电)，如果直接采用接收的电磁场信号进行处理可能会不准确，需要一个噪声白化的预处理过程(包括后向差分、平滑滤波等)来减弱这些干扰对电磁场信号的影响，即预白。

可选地，在分别对各个分量的电磁场时域信号按照设定的时间间隔分段，得到多个不同时间段的各个分量的电磁场时域信号之后，该方法还可以包括：

当第一时间段的至少一个分量的电磁场时域信号的最大值大于设定阈值时，删除第一时间段的各个分量的电磁场时域信号，第一时间段为多个不同时间段中的任一个。

在具体实现中，删除信号可以为将信号从存储器中删除，也可以为对信号作出不对信号进行任何处理的标识。

可选地，分别对多个不同时间段的各个分量的电磁场时域信号进行FFT，可以包括：

分别对多个不同时间段的各个分量的电磁场时域信号加时间窗；

分别对加时间窗后的多个不同时间段的各个分量的电磁场时域信号进行FFT，得到多个不同时间段的各个分量的电磁场频域信号；

对得到的多个不同时间段的各个分量的电磁场频域信号进行归一化。

具体地，加时间窗是进行FFT是常常采用的一种技术手段。由于FFT变换时，时间序列的直接截断会产生吉布斯现象，进而导致得到的频域信号失真，因此需要对信号进行修匀。对时域信号加时间窗，即采用窗函数(如汉宁窗、海明窗)对时域信号进行处理，可以有效修匀输入的时间序列，使FFT变换结果更可靠。

可选地，在分别对多个不同时间段的各个分量的电磁场时域信号进行FFT之后，该方法还可以包括：

计算第一时间段的电场频域信号和磁场频域信号的相干度，第一时间段为多个不同时间段中的任一个；

当第一时间段的电场频域信号和磁场频域信号的相干度小于设定阈值时，或者，当第一时间段的电场频域信号和磁场频域信号的相干度在所有时间段的电场频域信号和磁场频域信号的相干度按照从大到小的排列中的位置位于设定位置之后时，删除第一时间段的各个分量的电磁场频域信号。

例如，可以采用如下公式计算第一时间段的电场频域信号和磁场频域信号的相干度cohenrence：

cohenrence＝((E*)*H)/sqrt(((E*)*E)*((H*)*H))；

其中，E为第一时间段的电场频域信号，H为第一时间段的磁场频域信号，X*表示求X的共轭，X为E或H，sqrt表示求平方。

相干度的范围一般为0-1，假设设定阈值为0.7，则当第一时间段的电场频域信号和磁场频域信号的相干度小于0.7时，删除第一时间段的各个分量的电磁场频域信号。

假设设定位置为50％，则当第一时间段的电场频域信号和磁场频域信号的相干度在所有时间段的电场频域信号和磁场频域信号的相干度按照从大到小的排列中的位置位于中间之后，删除第一时间段的各个分量的电磁场频域信号。

步骤102：确定四个分量的电磁场频域信号的功率谱。

在本实施例中，功率谱包括各个分量的电磁场频域信号各自的自功率谱和四个分量的电磁场频域信号两两之间的互功率谱，同一个分量的电磁场频域信号具有多个自功率谱，相同两个分量的电磁场频域信号具有多个互功率谱，多个自功率谱和多个互功率谱是分别根据相应分量的多个电磁场频域信号得到的。

具体地，功率谱包括x方向电场频域信号的自功率谱、y方向电场频域信号的自功率谱、x方向磁场频域信号的自功率谱、y方向磁场频域信号的自功率谱、x方向电场频域信号与x方向磁场频域信号之间的互功率谱，x方向电场频域信号与y方向磁场频域信号之间的互功率谱，y方向电场频域信号与x方向磁场频域信号之间的互功率谱，y方向电场频域信号与y方向磁场频域信号之间的互功率谱。

在本实施例的另一种实现方式中，该步骤102可以包括：

按照如下公式(1)计算各个分量的第i个电磁场频域信号的功率谱S_AB ⁱ：

${S_{\mathrm{AB}}}^i=B^i*\left(A^{i^{*}}\right);---\left(1\right)$

其中，表示求Aⁱ的共轭复数，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场信号的个数，Aⁱ为E_x ⁱ、E_y ⁱ、H_x ⁱ或者H_y ⁱ，Bⁱ为E_x ⁱ、E_y ⁱ、H_x ⁱ或者H_y ⁱ，E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号，E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号，H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号，H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号，当Aⁱ＝Bⁱ时，S_AB ⁱ为一个分量的第i个电磁场频域信号的自功率谱，当Aⁱ≠Bⁱ时，S_AB ⁱ为两个分量的第i个电磁场频域信号的互功率谱。

步骤103：采用中值滤波算法，分别根据四个分量的电磁场频域信号，确定阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值。

在本实施例又一种实现方式中，该步骤103可以包括：

采用如下公式(2)-(9)计算针对各个分量的各个电磁场频域信号的阻抗和导纳：

${Z_{\mathrm{xx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^j*{H_y}^i-{E_x}^i*{H_y}^j}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};---\left(2\right)$

${Z_{\mathrm{xy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^i*{H_x}^j-{E_x}^j*{H_x}^i}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};---\left(3\right)$

${Z_{\mathrm{yx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^j*{H_y}^i-{E_y}^i*{H_y}^j}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};---\left(4\right)$

${Z_{\mathrm{yy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^i*{H_x}^j-{E_y}^j*{H_x}^i}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};---\left(5\right)$

${Y_{\mathrm{xx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^j*{H_x}^j-{E_y}^j*{H_x}^i}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};---\left(6\right)$

${Y_{\mathrm{xy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^j*{H_x}^i-{E_x}^i*{H_x}^j}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};---\left(7\right)$

${Y_{\mathrm{yx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^i*{H_y}^j-{E_y}^j*{H_y}^i}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};---\left(8\right)$

${Y_{\mathrm{yy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^j*{H_y}^i-{E_x}^i*{H_y}^i}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};---\left(9\right)$

其中，Z_xx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对x方向的阻抗，Z_xy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对y方向的阻抗，Z_yx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对x方向的阻抗，Z_yy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对y方向的阻抗，Y_xx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对x方向的导纳，Y_xy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对y方向的导纳，Y_yx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对x方向的导纳，Y_yy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对y方向的导纳，E_x ^j为x方向第j个电场频域信号，E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号，E_y ^j为y方向第j个电场频域信号，E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号，H_x ^j为x方向第j个磁场频域信号，H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号，H_y ^j为y方向第j个磁场频域信号，H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号，j≠i，1≤j≤I且j为整数，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场信号的个数；

采用中值滤波算法，从计算出的所有x方向对x方向的阻抗中确定x方向对x方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有x方向对y方向的阻抗中确定x方向对y方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有y方向对x方向的阻抗中确定y方向对x方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有y方向对y方向的阻抗中确定y方向对y方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有x方向对x方向的阻抗中确定x方向对x方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有x方向对y方向的阻抗中确定x方向对y方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有y方向对x方向的阻抗中确定y方向对x方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有y方向对y方向的阻抗中确定y方向对y方向的导纳的迭代初值。

在实际应用中，采用中值滤波算法时，先对将所有x方向对x方向的阻抗按照从大到小的顺序或从小到大的顺序排列，再从排序后的所有x方向对x方向的阻抗中，选择处于中间位置的x方向对x方向的阻抗为x方向对x方向的阻抗的迭代初值。

在实际应用中，当所有x方向对x方向的阻抗的个数为奇数时，可以很容易选择唯一一个中间位置的x方向对x方向的阻抗；当所有x方向对x方向的阻抗的个数为偶数时，可以选择两个中间位置的x方向对x方向的阻抗中的任意一个，也可以选取两个中间位置的x方向对x方向的阻抗的平均值。

按照同样的方法，可以依次确定x方向对y方向的阻抗的迭代初值、y方向对x方向的阻抗的迭代初值、y方向对y方向的阻抗的迭代初值、x方向对x方向的导纳的迭代初值、x方向对y方向的导纳的迭代初值、y方向对x方向的导纳的迭代初值、y方向对y方向的导纳的迭代初值。

可选地，该步骤103可以包括：

分别将各个分量的电磁场频域信号的阻抗和导纳分成若干份，每份包括同一个分量的电磁场频域信号的相同数量的阻抗或导纳且每份的阻抗或导纳的数量大于两个；

计算每份的阻抗或导纳的平均值；

根据每份阻抗和导纳，采用中值滤波算法，确定阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值。

例如，电磁场时域信号分成1000个时间段，将1000个时间段对应的电磁场频域信号的阻抗或导纳每10个组成一份，这样采用中值滤波算法确定阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值时的运算量从原来的1000次降低为1000/10＝100次，有效降低了信号处理的运算量。

步骤104：采用阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值开始对功率谱进行若干次迭代，得到功率谱的均值、以及更新后的阻抗和导纳。

在本实施例又一种实现方式中，该步骤104可以包括：

每次迭代时，依次按照如下公式(10)-(26)计算功率谱的均值、阻抗和导纳：

ε²E_x ⁱ＝|E_x ⁱ-(Z_xx*H_x ⁱ+Z_xy*H_y ⁱ)|²；   (10)

ε²E_y ⁱ＝|E_y ⁱ-(Z_yx*H_x ⁱ+Z_yy*H_y ⁱ)|²；   (11)

${\mathrm{\ϵ}}^2{H_x}^i={|{H_x}^i-\frac{{E_y}^i*Z_{\mathrm{yx}}-{E_x}^i*Z_{\mathrm{yy}}}{Z_{\mathrm{xy}}*Z_{\mathrm{yx}}-Z_{\mathrm{xx}}*Z_{\mathrm{yy}}}|}^2;---\left(12\right)$

${\mathrm{\ϵ}}^2{H_y}^i={|{H_y}^i-\frac{{E_x}^i*Z_{\mathrm{xy}}-{E_y}^i*Z_{\mathrm{xx}}}{Z_{\mathrm{xy}}*Z_{\mathrm{yx}}-Z_{\mathrm{xx}}*Z_{\mathrm{yy}}}|}^2;---\left(13\right)$

${{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{xy}}}^i=\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{E_x}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{E}_x}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{H_y}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{H}_y};---\left(14\right)$

${{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{yx}}}^i=\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{E_y}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{E}_y}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{H_x}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{H}_x};---\left(15\right)$

$r^i=\frac{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}({{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{xy}}}^i\left({\mathrm{\ω}}_k\right)+{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{yx}}}^i\left({\mathrm{\ω}}_k\right))}{2*I};---\left(16\right)$

$w^i=\left\{\begin{array}{cc}1& r^i\≤1\\ \frac{1}{r^i}& r^i>1\end{array}\right.;---\left(17\right)$

$S_{\mathrm{AB}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}(w^i\·{S_{\mathrm{AB}}}^i)}{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{w}^i};---\left(18\right)$

$Z_{\mathrm{xx}}=\frac{S_{E_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{H_{y}A}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};---\left(19\right)$

$Z_{\mathrm{xy}}=\frac{S_{E_{x}B}*S_{H_{x}A}-S_{E_{x}A}*S_{H_{x}B}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};---\left(20\right)$

$Z_{\mathrm{yx}}=\frac{S_{E_{y}A}*S_{H_{y}B}-S_{E_{y}B}*S_{H_{y}A}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};---\left(21\right)$

$Z_{\mathrm{yy}}=\frac{S_{E_{y}B}*S_{H_{x}A}-S_{E_{y}A}*S_{H_{x}B}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};---\left(22\right)$

$Y_{\mathrm{xx}}=\frac{S_{E_{y}B}*S_{H_{x}A}-S_{E_{y}A}*S_{H_{x}B}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};---\left(23\right)$

$Y_{\mathrm{xy}}=\frac{S_{E_{x}A}*S_{H_{x}B}-S_{E_{x}B}*S_{H_{x}A}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};---\left(24\right)$

$Y_{\mathrm{yx}}=\frac{S_{E_{y}B}*S_{H_{y}A}-S_{E_{y}A}*S_{H_{y}B}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};---\left(25\right)$

$Y_{\mathrm{yy}}=\frac{S_{E_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{H_{y}A}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};---\left(26\right)$

其中，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场频域信号的个数，ε²E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号的残差，ε²E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号的残差，ε²H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号的残差，ε²H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号的残差，E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号，E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号，H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号，H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场信号的个数，Z_xx为x方向对x方向的阻抗，Z_xy为x方向对y方向的阻抗，Z_yx为y方向对x方向的阻抗，Z_yy为y方向对y方向的阻抗，Y_xx为x方向对x方向的导纳，Y_xy为x方向对y方向的导纳，Y_yx为y方向对x方向的导纳，Y_yy为y方向对y方向的导纳，δ_xy ⁱ为x方向对y方向第i个电磁场频域信号归一化后的残差，δ_yx ⁱ为y方向对x方向第i个电磁场频域信号归一化后的残差，σ²E_x为采用中值滤波算法从所有ε²E_x ⁱ中选出的x方向电场频域信号的残差的均值，σ²E_y为采用中值滤波算法从所有ε²E_y ⁱ中选出的y方向电场频域信号的残差的均值，σ²H_x为采用中值滤波算法从所有ε²H_x ⁱ中选出的x方向磁场频域信号的残差的均值，σ²H_y为采用中值滤波算法从所有ε²H_y ⁱ中选出的y方向磁场频域信号的残差的均值，rⁱ为计算第i个电磁场频域信号迭代权值的参数，δ_xy ⁱ(ω_k)为δ_xy ⁱ在第k个频点的取值，δ_yx ⁱ(ω_k)为δ_yx ⁱ在第k个频点的取值，1≤k≤K且k为整数，K为每个电磁场频域信号的频点数，w_i为第i个电磁场频域信号迭代权值，S_AB为功率谱的均值，S_CD为C和D之间的功率谱，C为E_x、E_y、H_x或者H_y，D为A或B，A为E_x、E_y、H_x或者H_y，B为E_x、E_y、H_x或者H_y，E_x为x方向电场频域信号，E_y为y方向电场频域信号，H_x为x方向磁场频域信号，H_y为y方向磁场频域信号。

可以理解地，第一次计算阻抗和导纳时，阻抗和导纳(即阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值)是按照公式(2)-(9)计算并采用中值滤波算法选出的，即阻抗和导纳从根据电磁场频域信号计算得到的结果中采用中值滤波算法选出的。第m次计算阻抗和导纳时，m≥2且m为整数，阻抗和导纳是按照公式(19)-(26)计算的，即阻抗和导纳根据第m-1次迭代得到的功率谱计算得到的。

步骤105：将功率谱的均值、以及更新后的阻抗和导纳作为大地电磁参数输出。

在本实施例又一种实现方式中，该步骤105可以包括：

当若干次迭代的次数达到设定次数或功率谱的均值对应的所有残差收敛至设定值时，将功率谱的均值、以及更新后的阻抗和导纳作为大地电磁参数输出。

具体地，设定次数可以为4-6次，设定值可以为5％*功率谱的模。

可以理解地，在输出大地电磁参数之后，可以根据输出的大地电磁参数推断出不同深度的大地电阻率(用来表示大地电阻特征的物理量)，探知到地下物质电性特征，此为现有技术，在此不再详述。

本发明实施例通过采用中值滤波算法，分别根据四个分量的电磁场频域信号，确定阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值，可以有效消除迭代初值中的噪声，减小了噪声对迭代结果产生的不利影响，提高了对功率谱估计的准确性。

实施例二

本发明实施例提供了一种估计大地电磁参数的装置，参见图2，该装置包括：

获取模块201，用于获取四个分量的电磁场频域信号，四个分量包括x方向电场、y方向电场、x方向磁场、y方向磁场，各个分量的电磁场频域信号均包括多个电磁场频域信号，多个电磁场频域信号是相应分量的电磁场时域信号在时域分成多段后的信号分别进行快速傅里叶变换得到的；

功率谱确定模块202，用于确定四个分量的电磁场频域信号的功率谱，功率谱包括各个分量的电磁场频域信号各自的自功率谱和四个分量的电磁场频域信号两两之间的互功率谱，同一个分量的电磁场频域信号具有多个自功率谱，相同两个分量的电磁场频域信号具有多个互功率谱，多个自功率谱和多个互功率谱是分别根据相应分量的多个电磁场频域信号得到的；

初值确定模块203，用于采用中值滤波算法，分别根据四个分量的电磁场频域信号，确定阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值；

迭代模块204，用于采用阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值开始对功率谱进行若干次迭代，得到功率谱的均值、以及更新后的阻抗和导纳；

输出模块205，用于将功率谱的均值、以及更新后的阻抗和导纳作为大地电磁参数输出。

在本实施例的一种实现方式中，获取模块201可以包括：

接收单元，用于接收四个分量的电磁场时域信号；

分段单元，用于分别对各个分量的电磁场时域信号按照设定的时间间隔分段，得到多个不同时间段的各个分量的电磁场时域信号；

变换单元，用于分别对多个不同时间段的各个分量的电磁场时域信号进行FFT，得到多个不同时间段的各个分量的电磁场频域信号。

在本实施例的另一种实现方式中，功率谱确定模块202可以用于，

按照公式(1)计算各个分量的各个电磁场频域信号的功率谱。

在本实施例的又一种实现方式中，初值确定模块203可以用于，

采用公式(2)-(9)计算针对各个分量的各个电磁场频域信号的阻抗和导纳；

采用中值滤波算法，从计算出的所有x方向对x方向的阻抗中确定x方向对x方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有x方向对y方向的阻抗中确定x方向对y方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有y方向对x方向的阻抗中确定y方向对x方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有y方向对y方向的阻抗中确定y方向对y方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有x方向对x方向的阻抗中确定x方向对x方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有x方向对y方向的阻抗中确定x方向对y方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有y方向对x方向的阻抗中确定y方向对x方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有y方向对y方向的阻抗中确定y方向对y方向的导纳的迭代初值。

在本实施例的又一种实现方式中，迭代模块204可以用于，

每次迭代时，依次按照公式(10)-(26)计算功率谱的均值、阻抗和导纳。

在本实施例的又一种实现方式中，输出模块205可以用于，

当若干次迭代的次数达到设定次数或功率谱的均值对应的所有残差收敛至设定值时，将功率谱的均值、以及更新后的阻抗和导纳作为大地电磁参数输出。

本发明实施例通过采用中值滤波算法，分别根据四个分量的电磁场频域信号，确定阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值，可以有效消除迭代初值中的噪声，减小了噪声对迭代结果产生的不利影响，提高了对功率谱估计的准确性。

需要说明的是：上述实施例提供的估计大地电磁参数的装置在估计大地电磁参数时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的估计大地电磁参数的装置与估计大地电磁参数的方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种估计大地电磁参数的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取四个分量的电磁场频域信号，所述四个分量包括x方向电场、y方向电场、x方向磁场、y方向磁场，各个分量的电磁场频域信号均包括多个电磁场频域信号，所述多个电磁场频域信号是相应分量的电磁场时域信号在时域分成多段后的信号分别进行快速傅里叶变换得到的；

确定所述四个分量的电磁场频域信号的功率谱，所述功率谱包括各个分量的电磁场频域信号各自的自功率谱和四个分量的电磁场频域信号两两之间的互功率谱，同一个分量的电磁场频域信号具有多个自功率谱，相同两个分量的电磁场频域信号具有多个互功率谱，所述多个自功率谱和所述多个互功率谱是分别根据相应分量的多个电磁场频域信号得到的；

采用中值滤波算法，分别根据所述四个分量的电磁场频域信号，确定阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值；

采用所述阻抗的迭代初值和所述导纳的迭代初值开始对所述功率谱进行若干次迭代，得到所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳；

将所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳作为大地电磁参数输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述四个分量的电磁场频域信号的功率谱，包括：

按照如下公式计算各个分量的第i个电磁场频域信号的功率谱S_AB ⁱ：

S_AB ⁱ＝Bⁱ*(A^i*)；

其中，(A^i*)表示求Aⁱ的共轭复数，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场信号的个数，Aⁱ为E_x ⁱ、E_y ⁱ、H_x ⁱ或者H_y ⁱ，Bⁱ为E_x ⁱ、E_y ⁱ、H_x ⁱ或者H_y ⁱ，E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号，E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号，H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号，H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号，当Aⁱ＝Bⁱ时，S_AB ⁱ为一个分量的第i个电磁场频域信号的自功率谱，当Aⁱ≠Bⁱ时，S_AB ⁱ为两个分量的第i个电磁场频域信号的互功率谱。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述采用中值滤波算法，分别根据所述四个分量的电磁场频域信号，确定阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值，包括：

采用如下公式计算针对各个分量的各个电磁场频域信号的阻抗和导纳：

${Z_{\mathrm{xx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^j*{H_y}^i-{E_x}^i*{H_y}^j}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Z_{\mathrm{xy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^i*{H_x}^j-{E_x}^j*{H_x}^i}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Z_{\mathrm{yx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^j*{H_y}^i-{E_y}^i*{H_y}^j}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Z_{\mathrm{yy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^i*{H_x}^j-{E_y}^j*{H_x}^i}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Y_{\mathrm{xx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^i*{H_x}^j-{E_y}^j*{H_x}^i}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

${Y_{\mathrm{xy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^j*{H_x}^i-{E_x}^i*{H_x}^j}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

${Y_{\mathrm{yx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^i*{H_y}^j-{E_y}^j*{H_y}^i}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

${Y_{\mathrm{yy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^j*{H_y}^i-{E_x}^i*{H_y}^j}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

其中，Z_xx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对x方向的阻抗，Z_xy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对y方向的阻抗，Z_yx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对x方向的阻抗，Z_yy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对y方向的阻抗，Y_xx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对x方向的导纳，Y_xy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对y方向的导纳，Y_yx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对x方向的导纳，Y_yy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对y方向的导纳，E_x ^j为x方向第j个电场频域信号，E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号，E_y ^j为y方向第j个电场频域信号，E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号，H_x ^j为x方向第j个磁场频域信号，H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号，H_y ^j为y方向第j个磁场频域信号，H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号，j≠i，1≤j≤I且j为整数，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场信号的个数；

采用中值滤波算法，从计算出的所有x方向对x方向的阻抗中确定x方向对x方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有x方向对y方向的阻抗中确定x方向对y方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有y方向对x方向的阻抗中确定y方向对x方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有y方向对y方向的阻抗中确定y方向对y方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有x方向对x方向的阻抗中确定x方向对x方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有x方向对y方向的阻抗中确定x方向对y方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有y方向对x方向的阻抗中确定y方向对x方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有y方向对y方向的阻抗中确定y方向对y方向的导纳的迭代初值。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述采用所述阻抗的迭代初值和所述导纳的迭代初值开始对所述功率谱进行若干次迭代，得到所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳，包括：

每次迭代时，依次按照如下公式计算功率谱的均值、阻抗和导纳：

ε²E_x ⁱ＝|E_x ⁱ-(Z_xx*H_x ⁱ+Z_xy*H_y ⁱ)|²；

ε²E_y ⁱ＝|E_y ⁱ-(Z_yx*H_x ⁱ+Z_yy*H_y ⁱ)|²；

${\mathrm{\ϵ}}^2{H_x}^i={|{H_x}^i-\frac{{E_y}^i*Z_{\mathrm{yx}}-{E_x}^i*Z_{\mathrm{yy}}}{Z_{\mathrm{xy}}*Z_{\mathrm{yx}}-Z_{\mathrm{xx}}*Z_{\mathrm{yy}}}|}^2;$

${\mathrm{\ϵ}}^2{H_y}^i={|{H_y}^i-\frac{{E_x}^i*Z_{\mathrm{xy}}-{E_y}^i*Z_{\mathrm{xx}}}{Z_{\mathrm{xy}}*Z_{\mathrm{yx}}-Z_{\mathrm{xx}}*Z_{\mathrm{yy}}}|}^2;$

${{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{xy}}}^i=\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{E_x}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{E}_x}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{H_y}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{H}_y};$

${{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{yx}}}^i=\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{E_y}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{E}_y}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{H_x}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{H}_x};$

$r^i=\frac{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}({{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{xy}}}^i\left({\mathrm{\ω}}_k\right)+{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{yx}}}^i\left({\mathrm{\ω}}_k\right))}{2*I};$

$w^i=\left\{\begin{array}{cc}1& r^i\≤1\\ \frac{1}{r^i}& r^i>1\end{array}\right.;$

$S_{\mathrm{AB}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}(w^i\·{S_{\mathrm{AB}}}^i)}{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{w}^i};$

$Z_{\mathrm{xx}}=\frac{S_{E_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{H_{y}A}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Z_{\mathrm{xy}}=\frac{S_{E_{x}B}*S_{H_{x}A}-S_{E_{x}A}*S_{H_{x}B}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Z_{\mathrm{yx}}=\frac{S_{E_{y}A}*S_{H_{y}B}-S_{E_{y}B}*S_{H_{y}A}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Z_{\mathrm{yy}}=\frac{S_{E_{y}B}*S_{H_{x}A}-S_{E_{y}A}*S_{H_{x}B}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{xx}}=\frac{S_{E_{y}B}*S_{H_{x}A}-S_{E_{y}A}*S_{H_{x}B}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{xy}}=\frac{S_{E_{x}A}*S_{H_{x}B}-S_{E_{x}B}*S_{H_{x}A}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{yx}}=\frac{S_{E_{y}B}*S_{H_{y}A}-S_{E_{y}A}*S_{H_{y}B}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{yy}}=\frac{S_{E_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{H_{y}A}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

其中，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场频域信号的个数，ε²E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号的残差，ε²E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号的残差，ε²H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号的残差，ε²H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号的残差，E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号，E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号，H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号，H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场信号的个数，Z_xx为x方向对x方向的阻抗，Z_xy为x方向对y方向的阻抗，Z_yx为y方向对x方向的阻抗，Z_yy为y方向对y方向的阻抗，Y_xx为x方向对x方向的导纳，Y_xy为x方向对y方向的导纳，Y_yx为y方向对x方向的导纳，Y_yy为y方向对y方向的导纳，δ_xy ⁱ为x方向对y方向第i个电磁场频域信号归一化后的残差，δ_yx ⁱ为y方向对x方向第i个电磁场频域信号归一化后的残差，σ²E_x为采用中值滤波算法从所有ε²E_x ⁱ中选出的x方向电场频域信号的残差的均值，σ²E_y为采用中值滤波算法从所有ε²E_y ⁱ中选出的y方向电场频域信号的残差的均值，σ²H_x为采用中值滤波算法从所有ε²H_x ⁱ中选出的x方向磁场频域信号的残差的均值，σ²H_y为采用中值滤波算法从所有ε²H_y ⁱ中选出的y方向磁场频域信号的残差的均值，rⁱ为计算第i个电磁场频域信号迭代权值的参数，δ_xy ⁱ(ω_k)为δ_xy ⁱ在第k个频点的取值，δ_yx ⁱ(ω_k)为δ_yx ⁱ在第k个频点的取值，1≤k≤K且k为整数，K为每个电磁场频域信号的频点数，w_i为第i个电磁场频域信号迭代权值，S_AB为功率谱的均值，S_CD为C和D之间的功率谱，C为E_x、E_y、H_x或者H_y，D为A或B，A为E_x、E_y、H_x或者H_y，B为E_x、E_y、H_x或者H_y，E_x为x方向电场频域信号，E_y为y方向电场频域信号，H_x为x方向磁场频域信号，H_y为y方向磁场频域信号。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳作为大地电磁参数输出，包括：

当所述若干次迭代的次数达到设定次数或所述功率谱的均值对应的所有残差收敛至设定值时，将所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳作为大地电磁参数输出。

6.一种估计大地电磁参数的装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取四个分量的电磁场频域信号，所述四个分量包括x方向电场、y方向电场、x方向磁场、y方向磁场，各个分量的电磁场频域信号均包括多个电磁场频域信号，所述多个电磁场频域信号是相应分量的电磁场时域信号在时域分成多段后的信号分别进行快速傅里叶变换得到的；

功率谱确定模块，用于确定所述四个分量的电磁场频域信号的功率谱，所述功率谱包括各个分量的电磁场频域信号各自的自功率谱和四个分量的电磁场频域信号两两之间的互功率谱，同一个分量的电磁场频域信号具有多个自功率谱，相同两个分量的电磁场频域信号具有多个互功率谱，所述多个自功率谱和所述多个互功率谱是分别根据相应分量的多个电磁场频域信号得到的；

初值确定模块，用于采用中值滤波算法，分别根据所述四个分量的电磁场频域信号，确定阻抗的迭代初值和导纳的迭代初值；

迭代模块，用于采用所述阻抗的迭代初值和所述导纳的迭代初值开始对所述功率谱进行若干次迭代，得到所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳；

输出模块，用于将所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳作为大地电磁参数输出。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述功率谱确定模块用于，

按照如下公式计算各个分量的第i个电磁场频域信号的功率谱S_AB ⁱ：

S_AB ⁱ＝Bⁱ*(A^i*)；

其中，(A^i*)表示求Aⁱ的共轭复数，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场信号的个数，Aⁱ为E_x ⁱ、E_y ⁱ、H_x ⁱ或者H_y ⁱ，Bⁱ为E_x ⁱ、E_y ⁱ、H_x ⁱ或者H_y ⁱ，E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号，E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号，H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号，H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号，当Aⁱ＝Bⁱ时，S_AB ⁱ为一个分量的第i个电磁场频域信号的自功率谱，当Aⁱ≠Bⁱ时，S_AB ⁱ为两个分量的第i个电磁场频域信号的互功率谱。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述初值确定模块用于，

采用如下公式计算针对各个分量的各个电磁场频域信号的阻抗和导纳：

${Z_{\mathrm{xx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^j*{H_y}^i-{E_x}^i*{H_y}^j}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Z_{\mathrm{xy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^i*{H_x}^j-{E_x}^j*{H_x}^i}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Z_{\mathrm{yx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^j*{H_y}^i-{E_y}^i*{H_y}^j}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Z_{\mathrm{yy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^i*{H_x}^j-{E_y}^j*{H_x}^i}{{H_x}^j*{H_y}^i-{H_x}^i*{H_y}^j};$

${Y_{\mathrm{xx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^i*{H_x}^j-{E_y}^j*{H_x}^i}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

${Y_{\mathrm{xy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^j*{H_x}^i-{E_x}^i*{H_x}^j}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

${Y_{\mathrm{yx}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_y}^i*{H_y}^j-{E_y}^j*{H_y}^i}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

${Y_{\mathrm{yy}}}^{\mathrm{ji}}=\frac{{E_x}^j*{H_y}^i-{E_x}^i*{H_y}^j}{{E_x}^j*{E_y}^i-{E_x}^i*{E_y}^j};$

其中，Z_xx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对x方向的阻抗，Z_xy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对y方向的阻抗，Z_yx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对x方向的阻抗，Z_yy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对y方向的阻抗，Y_xx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对x方向的导纳，Y_xy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的x方向对y方向的导纳，Y_yx ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对x方向的导纳，Y_yy ^ji为根据第j个电磁场频域信号和第i个电磁场频域信号得到的y方向对y方向的导纳，E_x ^j为x方向第j个电场频域信号，E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号，E_y ^j为y方向第j个电场频域信号，E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号，H_x ^j为x方向第j个磁场频域信号，H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号，H_y ^j为y方向第j个磁场频域信号，H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号，j≠i，1≤j≤I且j为整数，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场信号的个数；

采用中值滤波算法，从计算出的所有x方向对x方向的阻抗中确定x方向对x方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有x方向对y方向的阻抗中确定x方向对y方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有y方向对x方向的阻抗中确定y方向对x方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有y方向对y方向的阻抗中确定y方向对y方向的阻抗的迭代初值，从计算出的所有x方向对x方向的阻抗中确定x方向对x方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有x方向对y方向的阻抗中确定x方向对y方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有y方向对x方向的阻抗中确定y方向对x方向的导纳的迭代初值，从计算出的所有y方向对y方向的阻抗中确定y方向对y方向的导纳的迭代初值。

9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述迭代模块用于，

每次迭代时，依次按照如下公式计算功率谱的均值、阻抗和导纳：

ε²E_x ⁱ＝|E_x ⁱ-(Z_xx*H_x ⁱ+Z_xy*H_y ⁱ)|²；

ε²E_y ⁱ＝|E_y ⁱ-(Z_yx*H_x ⁱ+Z_yy*H_y ⁱ)|²；

${\mathrm{\ϵ}}^2{H_x}^i={|{H_x}^i-\frac{{E_y}^i*Z_{\mathrm{yx}}-{E_x}^i*Z_{\mathrm{yy}}}{Z_{\mathrm{xy}}*Z_{\mathrm{yx}}-Z_{\mathrm{xx}}*Z_{\mathrm{yy}}}|}^2;$

${\mathrm{\ϵ}}^2{H_y}^i={|{H_y}^i-\frac{{E_x}^i*Z_{\mathrm{xy}}-{E_y}^i*Z_{\mathrm{xx}}}{Z_{\mathrm{xy}}*Z_{\mathrm{yx}}-Z_{\mathrm{xx}}*Z_{\mathrm{yy}}}|}^2;$

${{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{xy}}}^i=\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{E_x}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{E}_x}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{H_y}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{H}_y};$

${{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{yx}}}^i=\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{E_y}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{E}_y}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}^2{H_x}^i}{{\mathrm{\σ}}^2{H}_x};$

$r^i=\frac{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}({{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{xy}}}^i\left({\mathrm{\ω}}_k\right)+{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{yx}}}^i\left({\mathrm{\ω}}_k\right))}{2*I};$

$w^i=\left\{\begin{array}{cc}1& r^i\≤1\\ \frac{1}{r^i}& r^i>1\end{array}\right.;$

$S_{\mathrm{AB}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}(w^i\·{S_{\mathrm{AB}}}^i)}{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{w}^i};$

$Z_{\mathrm{xx}}=\frac{S_{E_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{H_{y}A}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Z_{\mathrm{xy}}=\frac{S_{E_{x}B}*S_{H_{x}A}-S_{E_{x}A}*S_{H_{x}B}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Z_{\mathrm{yx}}=\frac{S_{E_{y}A}*S_{H_{y}B}-S_{E_{y}B}*S_{H_{y}A}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Z_{\mathrm{yy}}=\frac{S_{E_{y}B}*S_{H_{x}A}-S_{E_{y}A}*S_{H_{x}B}}{S_{H_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{H_{x}B}*S_{H_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{xx}}=\frac{S_{E_{y}B}*S_{H_{x}A}-S_{E_{y}A}*S_{H_{x}B}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{xy}}=\frac{S_{E_{x}A}*S_{H_{x}B}-S_{E_{x}B}*S_{H_{x}A}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{yx}}=\frac{S_{E_{y}B}*S_{H_{y}A}-S_{E_{y}A}*S_{H_{y}B}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

$Y_{\mathrm{yy}}=\frac{S_{E_{x}A}*S_{H_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{H_{y}A}}{S_{E_{x}A}*S_{E_{y}B}-S_{E_{x}B}*S_{E_{y}A}};$

其中，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场频域信号的个数，ε²E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号的残差，ε²E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号的残差，ε²H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号的残差，ε²H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号的残差，E_x ⁱ为x方向第i个电场频域信号，E_y ⁱ为y方向第i个电场频域信号，H_x ⁱ为x方向第i个磁场频域信号，H_y ⁱ为y方向第i个磁场频域信号，1≤i≤I且i为整数，I为各个分量的电磁场信号的个数，Z_xx为x方向对x方向的阻抗，Z_xy为x方向对y方向的阻抗，Z_yx为y方向对x方向的阻抗，Z_yy为y方向对y方向的阻抗，Y_xx为x方向对x方向的导纳，Y_xy为x方向对y方向的导纳，Y_yx为y方向对x方向的导纳，Y_yy为y方向对y方向的导纳，δ_xy ⁱ为x方向对y方向第i个电磁场频域信号归一化后的残差，δ_yx ⁱ为y方向对x方向第i个电磁场频域信号归一化后的残差，σ²E_x为采用中值滤波算法从所有ε²E_x ⁱ中选出的x方向电场频域信号的残差的均值，σ²E_y为采用中值滤波算法从所有ε²E_y ⁱ中选出的y方向电场频域信号的残差的均值，σ²H_x为采用中值滤波算法从所有ε²H_x ⁱ中选出的x方向磁场频域信号的残差的均值，σ²H_y为采用中值滤波算法从所有ε²H_y ⁱ中选出的y方向磁场频域信号的残差的均值，rⁱ为计算第i个电磁场频域信号迭代权值的参数，δ_xy ⁱ(ω_k)为δ_xy ⁱ在第k个频点的取值，δ_yx ⁱ(ω_k)为δ_yx ⁱ在第k个频点的取值，1≤k≤K且k为整数，K为每个电磁场频域信号的频点数，w_i为第i个电磁场频域信号迭代权值，S_AB为功率谱的均值，S_CD为C和D之间的功率谱，C为E_x、E_y、H_x或者H_y，D为A或B，A为E_x、E_y、H_x或者H_y，B为E_x、E_y、H_x或者H_y，E_x为x方向电场频域信号，E_y为y方向电场频域信号，H_x为x方向磁场频域信号，H_y为y方向磁场频域信号。

10.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述输出模块用于，

当所述若干次迭代的次数达到设定次数或所述功率谱的均值对应的所有残差收敛至设定值时，将所述功率谱的均值、以及更新后的所述阻抗和所述导纳作为大地电磁参数输出。