无人机半航空瞬变电磁信号接收技术研究

摘要

半航空瞬变电磁法是近年来提出的一种介于地面瞬变电磁法和航空瞬变电磁法之间的新型勘探方法，它结合了地面瞬变电磁法的大功率发射和航空瞬变电磁法的高效率勘探的优势，主要用于荒漠、山区等地形复杂地区的矿产勘探，能够有效降低勘探风险，减少人员成本，提高勘察效率。半航空瞬变电磁探测系统主要包括发射系统、接收系统、后期软件处理系统三大部分，本文主要对半航空瞬变电磁接收系统的信号接收技术进行了研究。
　　本文依托于国土资源部公益性项目“基于无人机的半航空瞬变电磁勘查技术研究”(项目编号:201311037)，首先研究了瞬变电磁法、线圈传感器以及实时数据处理软件在国内外的研究现状;分析了半航空瞬变电磁的信号特征以及噪声，并在此基础上对线圈传感器的电路特性和重要参数进行了研究，提出了线圈传感器的设计方案，设计了低噪声的前置放大器;分析了同步采集装置采用的同步方式和过采样技术，比较了同步采集装置的设计方案，确定本文采用FPGA结合工控机和PC机的设计方案实现了同步采集装置的设计;进一步研究了适用于半航空瞬变电磁法的基本数据处理方法，包括双极性同步采样、信号叠加、FIR滤波、抽道四种方法，并在此基础上使用C＃语言设计了实时数据处理软件。
　　最后，为了验证系统性能，对线圈传感器、同步采集装置以及实时数据处理软件三部分构成的接收系统(SATR)进行了测试，并将该系统和加拿大风凰公司的V8系统在地面同一点进行测试，测试结果表明SATR系统的噪声水平为10nT/s，和V8系统的噪声水平相当，且将地面V8系统和空中SATR系统的测试结果进行对比，验证了SATR系统的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外相关技术研究现状

1．2．1 半航空瞬变电磁法国内外研究现状

1．2．2 瞬变电磁线圈传感器的研究现状

1．2．3 瞬变电磁实时数据处理软件的研究现状

1．3 本文研究内容及论文结构

1．3．1 本文主要研究内容

1．3．2 论文的组织结构

第2章 线圈传感器关键技术分析

2．1 半航空瞬变电磁法

2．1．1 半航空瞬变电磁法探测原理

2．1．2 半航空瞬变电磁探测方法

2．2 半航空瞬变电磁信号分析

2．2．1 瞬变电磁信号特征分析

2．2．2 半航空瞬变电磁信号噪声分析

2．3 线圈传感器

2．3．1 线圈传感器的电路特性

2．3．2 线圈传感器的重要参数

2．3．3 线圈传感器的设计

2．4 前置放大器设计

2．4．1 放大器方案分析

2．4．2 放大电路设计

2．4．3 模拟滤波器设计

2．5 总结

第3章 同步采集装置设计

3．1 同步采集装置设计方案

3．1．1 同步方式分析

3．1．2 过采样

3．1．3 同步采集装置设计方案的比较

3．2 FPGA数据处理

3．3 NiosⅡ软核设计

3．3．1 SOPC

3．3．2 W5500重要时序

3．3．3 UDP数据传输

3．3．4 NiosⅡ软件设计

3．4 工控机

3．4．1 工控机选择

3．4．2 数据存储软件设计

3．4．3 无线通信方案

3．4．4 无线WiFi传输

3．5 电源设计

3．5．1 电源系统框图

3．5．2 电源IC的选择

3．5．3 降低电路噪声

3．6 总结

第4章 实时数据处理软件设计

4．1 实时数据处理软件框图

4．2 半航空瞬变电磁基本数据处理方法

4．2．1 双极性同步采样法

4．2．2 信号叠加

4．2．3 数据抽道处理

4．2．4 FIR滤波

4．3 实时数据处理软件

4．3．1 实时数据处理软件界面

4．3．2 实时数据处理软件设计

4．4 总结

第5章 系统性能测试与分析

5．1 线圈传感器测试

5．1．1 线圈传感器的静态参数测量

5．1．2 匹配电阻调试

5．2 前置放大器测试

5．2．1 放大器系统响应时间测试

5．2．2 放大器带宽测试

5．3 采集系统整体噪声水平测量

5．4 实时数据处理软件测试

5．5 对比分析

5．5．1 地面瞬变电磁信号单点数据对比

5．5．2 FIR滤波对比分析

5．6 系统野外试验结果分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果