技术特征：
1.一种基于多匝线圈和瞬变电磁法的地下测深方法，其特征是，包括以下步骤：s1、设计收发装置并采用瞬变电磁法收发装置采集到相关的信号；首先，通过pc端控制参考信号发生装置产生指定脉宽的圆形信号输入到电流源，使其输出相同脉宽的脉冲波形，继而输入到发射线圈中，并利用接收线圈接收由地下介质产生的衰减二次场信号，即,感应电压信号；s2、对采集到的信号进行预处理；瞬态叠加是通过将采集到的n个周期的响应信号进行叠加取均值处理，采用n次重复采集得到的响应信号进行叠加取均值处理，从而达到消除随机噪声、提高响应信号信噪比的效果；在瞬变电磁法中，衰减响应信号由多个频率分量组成，为保证有用信号的波形在滤波前后尽可能地不失真，因此对相位特性要求较高，故选用fir滤波器；在瞬变电磁探测实验中，数据采样很密集，响应信号数据量较大，对于这些数据全部进行后续处理会花费大量的时间，因此缩减数据量，提高工作效率，采用抽道叠加处理，进一步地提高信号信噪比，同时压缩数据量；s3、设计基于阻尼最小二乘法的反演算法；利用阻尼最小二乘方法进行反演计算是在理论模型与响应数据之间建立目标函数方程组，设置合理的模型参数迭代初值和迭代关系，在迭代过程中不断修正模型参数使之不断逼近真实值，最终求解出模型参数值；假设目标函数为：式中，f为正演函数，d为实测数据数组：d＝[d1，d2，d3，...，d
m
]
t
式中，m表示观测数据的个数；d
i
为对应于第i个时间道的电磁响应观测数据；正演函数为：式中，i为电流强度，a为圆形发射线圈半径值，r
te
为反射系数，λ为波数，j1为一阶贝塞尔函数，h0为离地高度，u0为初始电压；x为待求解的模型参数，是一个向量；对于n层的地下介质模型，考虑每一层的电导率、磁导率和厚度参数，因此向量包含有3n-1个参数：x＝[x1，x2，x3，...，x
3n-1
]
t
＝[σ1，σ2，
…
σ
n
，μ1，
…
，μ
n
，h1，...h
n-1
]
t
式中，σ
i
表示介质层的电导率，μ
i
表示介质层的磁导率，h
i
表示介质层的厚度；由于地下空间探测中，结构复杂，材料属性多样化，电导率σ、磁导率μ和厚度h参数之间数量级相差较大，电导率σ约为10-3-104s/m、磁导率μ约为(1-2)*10-7
h/m和厚度h约为0-10-2
m，在迭代计算中，参数的灵敏度不同，数量级大的参数对应的修正量较小，因此需要调整各参数间的数量级，对各参数取对数的方式能够同时保证反演结果为正，而参数能够在[-∞，∞]之间变化，即x向量改写为：
x＝[lnσ1，lnσ2，...lnσ
n
，lnμ1，...，lnμ
n
，lnh1，...lnh
n-1
]
t
为了使目标函数趋于最小值，需要不断对参数向量x进行修正，在每一次迭代过程中引入修正量σ，则有：为了确定修正量δ的值，对正演函数f进行泰勒展开并略去2阶以上的项：代入得到：根据函数求极值的原理，若使上式取最小值，则需令其对变量δ的偏导数为0，故得到：j
t
j
·
δ＝j
t
·
[f(x)-d]＝-j
t
·
g其中g为当前参数经过正演函数计算出的理论值与观测值之间的差，称作残差向量。矩阵j由正演函数f对模型参量x的偏导数构成，称作雅克比矩阵；基于差分原理的扰动法是使初始模型向量中的每一个参数分别加上一个较小的变化量δx，求这一变化量带来的目标函数变化与变化量之商来代替一阶偏导数，具体计算方法为：式中，δx
j
为对应某一个参数的差分步长，当选取的步长过大时，差分结果不能作为该参数的偏导数；当选取的步长过小时，差分结果会发生振荡，对反演带来很大的影响，故需要选取合适的差分步长，这里选用0.001x；为了提高求解的稳定性，加入一个正定对角矩阵，改变原矩阵的特征值结构，使其成为一个条件数较好的正定矩阵，即为阻尼最小二乘方法，修正量δ为：δ＝-(j
t
j+λi)-1
·
j
t
·
gλ称为阻尼因子，i为单位矩阵；阻尼因子λ在每次迭代过程中需要进行调整，以控制修正量δ的步长和方向，使得每次迭代的步长合适，收敛稳定；目标函数的非线性程度r可以表示为：
式中，为了确保迭代收敛，使算法偏向于最速下降方向，以减小步长，具体的调整方法为：综上，阻尼最小二乘算法的迭代格式为：x
′
＝x+δ＝x-(j
t
j+λi)-1
·
j
t
·
g通过上式对设定的初始模型参数向量进行迭代修正，不断更新参数向量，并计算目标函数的值，即拟合差，当拟合差小于设定的阈值或者迭代次数达到设定的最大迭代次数时，终止迭代过程，得到反演计算结果；s4、将实验数据带入算法中，验证算法的可行性；选择收发线圈的高度、边长、匝数、电流、响应时间等，设计模型，并对模型进行反演计算，最后将真值与反演结果进行比对。
技术总结
本发明涉及一种基于多匝线圈和瞬变电磁法的地下测深方法，包括如下步骤：S1设计收发装置并采用瞬变电磁法收发装置采集到相关的信号；S2对采集到的信号进行预处理；S3设计基于阻尼最小二乘法的反演算法；S4将实验数据代入算法中，验证算法的可行性；该方法不仅能够消除一次场影响，减小近地表的探测盲区，同时可以提高计算准确率，为后续的地下测深研究提供新的思路。供新的思路。供新的思路。
技术研发人员：王维祥 田富强
受保护的技术使用者：扬州蓝德森科技有限公司
技术研发日：2022.03.22
技术公布日：2022/6/28