地空频率域电磁信号与姿态全波形同步采集技术研究

论文摘要

地空频率域电磁探测（Ground-Airborne Frequency-domain Electromagnetic Method,GAFEM）方法是一种在地面发射电流,由无人机吊载接收系统线圈在空中测量垂直磁场频率域稳态响应接收z（竖直）方向的一次场和二次场混合信号的电磁探测方法。但是在实际电磁探测过程中由于发射源会激发大地产生x（水平）、y（垂直）和z三个方向的电磁场,当飞行器遇到空气中的气流变化以及飞行方向、速度变化而产生线圈摆动时,原本对单分量磁场z的探测就混入了其他分量磁场,引入了由于姿态变化产生的与目标探测频率相同的噪声（同频噪声）,严重影响探测结果。针对以上问题,研制出了一种带姿态测量功能的频率域地空电磁信号全波形采集系统,主要研究内容如下:1.研究地空频率域磁场响应特征及姿态角度的影响,明确接收及姿态角测量系统的指标需求。建立二维大地电磁响应模型,对电偶极源频率域地空电磁探测方法建模分析,分析了姿态测量模块精度对测量结果产生的影响。得到仪器本底噪声要低于100 nV,姿态角测量精度俯仰和横滚角为0.1°、偏航角为1°。2.开发低噪声电磁接收系统,实现了空中磁场数据的测量。根据接收系统预期性能指标,设计了多通道接收系统,通过编写上位机软件实现了人机交互。3.实现空中水平线圈的三轴姿态角度测量,设计了由STM32和FPGA组成的三轴姿态角测量系统。该装置固定在接收线圈上以记录存储时间、俯仰角、横滚角及偏航角。设计姿态数据读取软件,可显示线圈姿态及对应磁场数据信息。4.对所设计的频率域全波型接收系统进行技术指标及性能测试,在云南省昆明市嵩明县进行了系统联合野外试验。实验结果显示,在数据受到严重姿态噪声影响的情况下,通过姿态校正算法后的成像结果确定了地质断裂带存在的位置,与地质资料相吻合,以此证明了系统整体的应用价值及发展前景。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 任同阳

导师: 刘长胜

关键词: 地空电磁探测,频率域,姿态测量,姿态校正

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 吉林大学

基金: 国家自然科学基金项目《艇基半航空运动噪声产生机理及抑制方法研究》,吉林省自然科学基金项目《基于无人机的浅部地层非接触式快速电磁探成像方法研究》

分类号: P631.325

总页数: 77

文件大小: 4290K

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标签：地空电磁探测论文;  频率域论文;  姿态测量论文;  姿态校正论文;