利用Visual C++6.0實(shí)現(xiàn)對海底大地電磁探測數(shù)據(jù)進(jìn)行畸變校正處理

三維圖形變換 在海底大地電磁探測技術(shù)中，傳感器系統(tǒng)的方位及水平狀態(tài)直接影響著大地電磁場分量的觀測結(jié)果。因此，在觀測的過程中，必須隨時準(zhǔn)確地測定系統(tǒng)分布的方位角和水平分量傳感器的水平狀態(tài)，以便對觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行方位畸變校正。另外，當(dāng)測量電磁場分量的傳感器系統(tǒng)放入海底時，由于海水的各種各樣的運(yùn)動，傳感器系統(tǒng)在正常工作的同時，會產(chǎn)生振動，造成電場分量和磁場分量的測量數(shù)據(jù)不精確。因此要設(shè)法對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。設(shè)計(jì)上，傳感器系統(tǒng)的振動對電場分量數(shù)據(jù)的影響是很小的，這種影響常常被忽略；但是這些振動對磁場分量數(shù)據(jù)的影響是很大的，必須進(jìn)行正確的振動畸變校正，才能得到準(zhǔn)確的磁場分量數(shù)據(jù)。

1 、方位校正原理

對于方位角和傾角所引起的干擾，校正依據(jù)的是“圖形的幾何變換”原理。電場只有兩具分量，可以依據(jù)“二維圖形的幾何變換”原理。 二維圖形變換的一般公式為：

其中

為二維變換矩陣。 三維圖形變換的一般公式為：

其中

為三維變換矩陣。 在海底大地電磁探測技術(shù)中，由于在海底大地測量系統(tǒng)中的5個探頭滿足右手坐標(biāo)系原理，因而可以利用實(shí)驗(yàn)測得的電場和磁場的5個分量以及所測的傾角和對于北向的方位角進(jìn)行方位和水平校正?；咀鴺?biāo)系如圖1所示。 設(shè)在海底測得的電場和磁場的5個分量分別用Ex、Ey、Hx、Hy、Hz表示，設(shè)探頭測得的X分量對于北向的夾角為α，對于立不的傾角為xt，設(shè)探頭測得的Y分量對于水平面的傾角為yt，設(shè)校正后的5個分量分別為Ex“、Ey”、Hx“、Hy”、Hz“，則有：

其中，T1為電場的變換矩陣，

T2為磁場的變換矩陣，

將T1和T2分別代入上式后，可以求出校正后的Ex”、Ey“、Hx”、Hy“、Hz”，即校正后電磁場分量的值。

2 、振動校正原理

對于探頭振動所引起的干擾磁場，可以通過先求出探頭振動所引起的干擾磁場，然后再濾波的辦法進(jìn)行校正。 在大地的某一點(diǎn)上的電場強(qiáng)度E為大地電場在這一點(diǎn)上的值E0與二次電場Es的疊加，即：E=E0+Es。在大地的某一點(diǎn)上的磁場強(qiáng)度B為大地磁場B0與二次磁場Bs的疊加，即：B=B0+Bs。 實(shí)際測量的是電場的水平方向上的兩個分量，即Ex和Ey。

由于二次場Es的存在，則有： Ex=Ex“+Esx，Ey=Ey”+Esy 其中，Es為由于長探頭振動所產(chǎn)生的二次電場（Es=Esx+Esy）。探頭的振動是不規(guī)則的，但可以將其分為兩部分： （1）長探頭在垂直于磁場的方向上運(yùn)動，切割磁力線，產(chǎn)生的感生電動勢為Es1（實(shí)際中，由于探頭很長，達(dá)到5m左右，因此，又可以將其視為長螺線管）。 （2）探頭以某一角速度旋轉(zhuǎn)，造成穿過探頭線圈的磁通量發(fā)生變化，所產(chǎn)生的感生電動勢為Es2。

由于探頭在海底放置，因此其旋轉(zhuǎn)的角速度很小，由此造成的Es2可以忽略不計(jì)。而Es1=BLVsinβ，B、L、V為已知量。其中，B即為測量點(diǎn)的大地磁場B0和二次磁場Bs的疊加，由于Bs相對于地磁場來說很小，可以忽略不計(jì)，所以B≈B0；L即為探頭的長度；V為探頭切割磁力線的速度，由于采樣時間間隔Δt很小，則第n個采樣點(diǎn)處的探頭的運(yùn)動速度Vn=Vn-1+αn-1Δt（αn-1為第n-1個采樣點(diǎn)振動傳感器得的加速度，Vn和Vn-1分別為第n和n-1個采樣點(diǎn)的速度，V0=0，Δt為采樣時間間隔）；β為探頭和B正向的夾角。因此，可以求出在某一點(diǎn)的感生電動勢Es。由于此感生電動勢的影響，會在長探頭附近產(chǎn)生感應(yīng)磁場Bs（二次磁場）。根據(jù)安培環(huán)路定律得：Bs=μnI（μ為探頭內(nèi)的磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率，n為探頭每單位長度上線圈的匝數(shù)，I為感生電動勢Es產(chǎn)生的電流，I=Es/R，R為探頭的電阻）

。 因此：Bs=μnI =μnEs/R =μnBLVsinβ/R （5） 設(shè)第n個采樣點(diǎn)處的感應(yīng)磁志Bs和Bsn，則有： Bsn=μnBsn-1（Vn-1+αn-1Δt）sinβ/R 即：Bsn=KBsn-1（Vn-1+αn-1Δt） （6）

3 、校正結(jié)果

利用Visual C++6.0設(shè)計(jì)了程序，對探測數(shù)據(jù)進(jìn)行了畸變校正處理，取得了較好的效果。 對實(shí)際測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了多次處理，現(xiàn)先取一些典型的實(shí)際結(jié)果做一些說明，以給讀者一個直觀的理解。圖2～圖6是傳感器系統(tǒng)在某一點(diǎn)測得的校正前后的電磁場分量的波形圖。

研究結(jié)果表明，在觀測過程中，一定要保證隨時準(zhǔn)確地測定系統(tǒng)分布的方位角和水平分量傳感器的水平，以便對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行正確的方位校正。 只要知道探頭的一些參數(shù)和各采樣點(diǎn)的振動傳感器所測得的加速度的值，就可以求出在第n個采樣點(diǎn)的干擾成場的大小，從而可以校正由于海水運(yùn)行引起的傳感器探頭振動所帶來的電磁場的干擾，就可以得到校正后的電磁場的真實(shí)值。校正處理結(jié)果證實(shí)了振動校正的正確性。從校正前后的波形圖上看，校正算法對高頻電磁干擾的抑制效果明顯。

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