半航空时间域瞬变电磁接收系统设计

发布时间：2017-08-10 01:02

  本文关键词：半航空时间域瞬变电磁接收系统设计

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【摘要】：当今的中国,社会经济发展迅猛,使得能源、资源的供需关系变得日益紧张。为了缓和越发严峻的供需矛盾,应积极进行资源探测。瞬变电磁探测作为行之有效的探测手段,被广泛应用于石油、金属矿等能源资源的探测中。在瞬变电磁探测中,半航空电磁探测较地面电磁探测更方便高效,相比于航空电磁探测,有更高的信噪比、更好的空间分辨率,可广泛用于荒漠、山区等恶劣环境中的探测,具有良好的应用前景和发展空间。本文主要是对基于滑翔机的半航空时间域瞬变电磁接收系统设计进行了研究。本文通过对半航空瞬变电磁二次场信号中噪声源的成分分析,设计了基于双通道差分放大电路的低噪声调理电路:选择具有低噪声特性的AD797放大器作为调理电路的核心放大器,使用双通道差分电路对信号进行一次硬件叠加,抑制白噪声;使用UAF42作为核心滤波芯片,设计四阶巴特沃斯型低通滤波器,滤除被测信号频带外的高频干扰,进一步提高信噪比。分析对比了目前电法仪器常用的同步方式,设计了基于GPS和FPGA的高精度同步系统,在实现沿同步的同时保证了绝对时间的同步。使用基于Σ-△调制技术和过采样技术的USB-4432数据采集卡完成了对被测信号的采样,实现了24位高精度采集。本文在LabVIEW的开发环境下,利用虚拟仪器技术,使用图形化语言设计了接收系统的上位机软件。为了保证被测信号的采集与转存速度,选择TDMS文件格式实现原始数据存储;编写了频率设置功能程序,通过上位机控制同步频率,增强了同步模块的灵活性;设计了航迹显示辅助功能模块,为飞行线路提供辅助参考;设计了数据提取、叠加平均程序,实现了off-time数据的同步提取与正负极性信号的叠加平均,压制了白噪声、工频干扰以及调理电路偏置。根据系统软件运行的要求,整合并完善相关软件程序,提高了系统软件的实用性。为了验证系统的性能,本文对所设计的调理电路、GPS同步、上位机软件进行了测试,分析了相关实验结果。同时,在实验室条件下对瞬变电磁信号进行了实测,分析了实测结果,验证了系统的可行性。最后对所做工作进行了总结,针对系统的不足提出了下一步工作建议。
【关键词】：半航空电磁法 接收系统 调理电路 GPS同步 Lab VIEW 上位机软件
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.325
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外发展现状12-14
• 1.2.1 半航空电磁系统发展现状12-13
• 1.2.2 同步技术发展现状13
• 1.2.3 采集技术发展现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-15
• 1.4 论文结构安排15-16
• 第2章 瞬变电磁接收系统原理与方案设计16-25
• 2.1 二次场测量方法及瞬变电磁探测原理16-18
• 2.1.1 二次场测量方法16
• 2.1.2 瞬变电磁探测原理16-18
• 2.2 半航空电磁探测方法18
• 2.3 GPS同步技术原理18-20
• 2.4 采集技术原理20-21
• 2.4.1 过采样技术原理20-21
• 2.4.2 Σ-△型A/D转换器原理21
• 2.5 数据预处理技术原理21-23
• 2.5.1 信号叠加平均21-22
• 2.5.2 双极性同步采样22-23
• 2.6 半航空瞬变电磁接收系统总体方案设计23-24
• 2.7 本章小结24-25
• 第3章 半航空瞬变电磁接收系统硬件设计25-40
• 3.1 调理电路设计25-33
• 3.1.1 模拟噪声分析25-26
• 3.1.2 调理电路方案设计26-27
• 3.1.3 调理电路方案实现27-33
• 3.2 同步系统硬件设计33-37
• 3.2.1 同步方式分析33
• 3.2.2 同步系统实现33-37
• 3.3 USB-4432采集卡37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 半航空瞬变电磁接收系统软件设计40-54
• 4.1 接收系统软件整体功能分析40-41
• 4.2 采集程序设计41-43
• 4.3 同步程序设计43-47
• 4.3.1 GPS信息解析43-44
• 4.3.2 航迹显示44-45
• 4.3.3 GPS信息储存45-46
• 4.3.4 同步频率设置46-47
• 4.4 采集与同步程序整合47-48
• 4.5 预处理程序设计48-53
• 4.5.1 数据同步截取49-51
• 4.5.2 数据叠加平均与回放51-52
• 4.5.3 预处理程序完善52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第5章 系统测试与结果分析54-62
• 5.1 系统功能测试54-59
• 5.1.1 信号调理功能测试54-55
• 5.1.2 GPS同步测试55-57
• 5.1.3 系统采集测试57-59
• 5.2 低阻异常模型实测实验59-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第6章 全文总结62-64
• 6.1 成果总结62-63
• 6.2 下一步工作建议63-64
• 参考文献64-67
• 作者简介及科研成果67-68
• 致谢68

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