海洋电磁信号空气波压制技术研究

【摘要】海洋不仅有丰富的油气和矿产资源，而且它也是地质学研究的天然场所。我国是一个海洋大国，约有32000km长的海岸线和超过300多万km2的近海海域。近年来，由于海洋有巨大的航运战略地位和经济价值，因此倍受各国重视。对海洋进行勘探是获取海底资源信息的重要手段。近年来，可控源电磁法（Controlled-SourceElectromagneticMethod简称CSEM）在海洋勘探中广泛应用，逐渐成为各国研究的热点。已有研究表明：海洋CSEM探测方法对水深大于500m环境下的地质结构有很好的勘探效果；当水深较浅时，由于受到空气波的干扰，很难探测到目标体（不论是低阻目标还是高阻目标）。我国的近海大部分海域水深在500m以内，最浅处只有几十米，因此海洋CSEM方法在浅水海域的应用还需深入研究。在浅水海域试验时，由水平电偶极子激励源产生的电磁波，会沿海水-空气界面传播，接收机采集到的信号中包含海底介质信息信号和空气波信号。由于空气波信号的强度远大于有用信号的强度，它的存在限制了CSEM方法在浅海探测中的应用，因此压制或去除空气波对推广CSEM方法在浅海探测中的应用有着重要的意义。目前，处理空气波的方法有三种：第一种方法是根据空气波在时域或频域的特征去除空气波；第二种方法是采用无空气波的测量方法；第三种方法是直接对原始数据进行反演解释。本文在研究以上方法的基础上，对海洋电磁信号的瞬时频谱分析法作了详细分析以压制空气波，并采用短时傅里叶变换、维格纳维尔分布（英文名Wigner-Ville，简称W-V分布）和希尔伯特黄变换三种方法分析集聚度和准确度，对比分析结果。从集聚度分析效果可以看出，希尔伯特黄变换法分析的集聚度最好，W-V法次之，而短时傅里叶法（简称STFT法）分析的集聚度最差；从准确度分析效果可以看出，W-V分布法的变形平滑伪W-V分布(SPWVD)分析的准确度最好，而希尔伯特黄变换法和STFT法分析的准确度效果均不理想，最终选取Wigner-Ville变换对海洋电磁信号进行时频分析和仿真。根据海洋电磁信号在空气中和海底中传播速度不同，通过平滑伪W-V分布频谱分析，得出没有空气波干扰时的水下电磁信号的时间段，来达到压制空气波的目的。
【作者】周继瑜；
【导师】周逢道；
【作者基本信息】吉林大学，电力电子与电力传动，2014，硕士
【关键词】海洋电磁探测；信号处理；时频分析；瞬时频谱；空气波；

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