专利名称：时间域地空电磁探测系统及标定方法
技术领域：
本发明涉及一种地球物理仪器勘探仪器及标定，尤其是时间域地空电磁探测系统 及标定方法。
背景技术：
地空电磁探测方法具有信噪比高、空间分辨率好，野外施工方便、经济、高效等优 势，已经成为新一代时间域航空电磁探测的首选方式，尤其适合在复杂山区地进行快速高 分辨率、大深度探测。澳大利亚847270G01V003116公开了地面铺设回线的过渡过程法进行航空勘查方 法，在地面预测定的目标体上面安放一个发射装置，发射过渡电磁脉冲，带接收器的飞行仪 器在所测地区飞过用接收装置测定由上述过渡电磁脉冲造成的电磁�。勒穹笮〔煌� 成信号和瞬间可测定的电磁�。藕糯砭涂刹舛ǔ鲈げ獾哪勘晏�。US5610523公开了一种用地面线圈实现发射与飞机探测的电磁探测系统和方法， 采用发电机给地面线圈发射瞬变电磁脉冲，探测器放在飞机上，通过飞行探测的地面。探测 器由发电机采用晶体振荡器进行同步，探测器测量接收信号，采用磁电阻率分析和磁感应 极化技术对接收到的信号进行处理，进行判定地下体状物质的探测方法。CA2109118公开了 一种航空地质测量的方法和装置，将通以脉冲电流的大回线天线放置在地表，机载接收机 用于检测的电磁场和瞬变电磁信号，采用MMR(磁阻)和MIP(磁感应极化)的分析技术来 确定调查结果，接收器可以放置在飞机上，气球，直升机或类似装置。CN101825665A公开了随机共振瞬变电磁弱信号检测方法，通过对瞬变信号进行尺 度变换，将时域信号转换到频域，在时域信号压缩m倍，在频域中其频谱就扩展m倍。从而将 瞬变电磁检测接收的噪声中，大频率弱目标信号的频率降低至小于0. 1Hz，输入随机共振系 统，产生共振后提取时域压缩后的目标信号，再还原得到目标信号频谱。消除随机共振系统 对待检瞬变电磁信号的频率限制，准确检得弱目标信号。CN1932537公开了一种瞬态电磁脉 冲场模拟测试系统，包括瞬变电磁场传输室、瞬变脉冲发生装置和控制测试屏蔽室三部分， 传输室试验区为一个四周及顶面平直的长方体空间，过渡区从试验区向前收缩延伸至瞬变 脉冲发生装置，瞬变脉冲发生装置与控制测试屏蔽室之间通过控制线和控制气管相连，采 用了长方体空间和封闭式屏蔽结构，保证了场均勻性，并具有较大的测试设备空间。通过阻 抗匹配，产生了 50kV/m，上升沿彡5ns的瞬变强电磁脉冲场。现有的，对于新研制出的航空电磁探测系统，需要进行数据重复性、一致性、最小 分辨率等性能测试和实验，通常将测量系统挂载在飞机上，在一些“已知矿区”进行飞行实 验，验证航空电磁探测系统的探测效果和分辨率；或者将几家公司生产的航空电磁探测系 统运载到同一个“已知矿区”进行飞行实验，进行性能和探测效果的对比、互相验证。这些 测试方法，由于无法准确计算出矿体的理论电磁响应，只能根据测量的剖面曲线，定性判断 异常，来验证测量系统探测的有效性；并且需要将电磁探测系统、装置频繁运输到“已知矿 区”，因而实验费用较高，此外还须防止发生意外危险。这些实验不能模拟其他不同地电模型，因此不具有普遍性。综合上述，现有技术只是提出了地空电磁探测方式，尚没有对时间域地空电磁探 测系统的测试和标定，而且，不同国家和公司研制的时间域电磁探测系统必定在性能上存 在差异和特点，各种电磁探测系统在最小分辨率、信噪比等性能不具有可比性，而且仪器的 稳定性和重复性也难以保证，多种时间域航空电磁探测系统，在数据质量评价方面，也没有 同一标准。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种时间域地空电磁探测系统。本发明的另一个目的是提供一种时间域地空电磁探测系统的标定方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的时间域地空电磁探测系统，地面记录装置GPS同步单元4连接的感应信号记录装 置2、闭合异常环1和数据质量评价系统3构成。闭合异常环1是由多匝线圈14经精密电阻排15、精密电感排16和取样单元13串 接构成的闭合环。感应信号记录装置2是由数字DC/DC电源模块连接PC104工控机，电流传感器经 滤波、分放大电路、多级放大电路、双通道采集、M位AD采集电路和大容量FIFO与PC104工 控机连接，取样单元经滤波、差分放大电路、程控放大电路、双通道采集、M位AD采集电路、 时序产生和控制电路和GPS同步控制电路与PC104工控机连接构成。数据质量评价系统3包括以下顺序和步骤A、将飞行器飞到100米以上的高空，测量电磁系统的背景场，计算电磁测量系统 的系统噪声；B、将飞行器飞降到10-30米飞行高度，测量大地背景场；C、铺设闭合异常环，调整时间常数值，测量加入闭合异常环电磁数据和大地响应 场数据，双极性叠加、滤波处理；D、C-B_A=纯闭合异常环电磁数据一对纯闭合异常环电磁数据对数取样积分处理 —绘制衰减曲线和剖面曲线一提取时间常数、异常半宽度特征值；E、输入闭合异常环的电阻、电感测量值一计算时间常数一输入发射电流、发 射-接收线圈参数、异常线圈参数一输入线圈飞行参数一计算发射-异常线圈、接收-异常 线圈之间互感一计算异常线圈响应；F、将实测数据提取的时间常数、异常半宽度值和计算异常线圈响应一通过拟合方 程进行拟合得拟合数据一计算系统绝对误差、各时间道平均绝对误差、相对误差和剖面曲 线峰值偏离度一确定飞行高度、水平偏移误差、垂直偏移误差和放大倍数误差一确定地空 电磁探测系统探测分辨率。闭合异常环响应的计算为闭合异常环1用一个等效电感L和等效电阻R进行近似，当发射线圈中产生的交 变磁场，在闭合异常环1中产生感应电流，写为
权利要求
1.一种时间域地空电磁探测系统，包括空中和地面两部分，空中部分是由飞行器(12) 载有的主GPS同步单元(10)、三分量接收机(6)、三分量接收线圈(8)和辅助参数测量单元 (11)组成，地面是由发射机GPS同步(9)、地面电性源发射机( 和地面长导线(7)组成，其 特征在于，地面记录装置GPS同步单元(4)连接的感应信号记录装置O)、闭合异常环(1) 和数据质量评价系统(3)。
2.按照权利要求1所述的时间域地空电磁探测系统，其特征在于，闭合异常环(1)是由 多匝线圈(14)经精密电阻排(15)、精密电感排(16)和取样单元(13)串接构成的闭合环。
3.按照权利要求1所述的时间域地空电磁探测系统，其特征在于，感应信号记录装置(2)是由数字DC/DC电源�？榱覲C104工控机，电流传感器经滤波、分放大电路、多级放大 电路、双通道采集、对位AD采集电路和大容量FIFO与PC104工控机连接，取样单元经滤波、 差分放大电路、程控放大电路、双通道采集、对位AD采集电路、时序产生和控制电路和GPS 同步控制电路与PC104工控机连接构成。
4.按照权利要求1所述的时间域地空电磁探测系统，其特征在于，数据质量评价系统(3)包括以下顺序和步骤A、将飞行器(12)飞到100米以上的高空，测量系统的背景场，计算电磁测量系统的系 统噪声；B、将飞行器(1 飞降到10-30米飞行高度，测量大地背景�。籆、铺设闭合异常环，调整时间常数值，测量加入闭合异常环电磁数据和大地响应场数 据，双极性叠加、滤波处理；D、C-B-A=纯闭合异常环电磁数据一对纯闭合异常环电磁数据对数取样积分处理一绘 制衰减曲线和剖面曲线一提取时间常数、异常半宽度特征值；E、输入闭合异常环的电阻、电感测量值一计算时间常数一输入发射电流、发射-接收 线圈参数、异常线圈参数一输入线圈飞行参数一计算发射-异常线圈、接收-异常线圈之间 互感一计算异常线圈响应；F、将实测数据提取的时间常数、异常半宽度值和计算异常线圈响应一通过拟合方程进 行拟合得拟合数据一计算系统绝对误差、各时间道平均绝对误差、相对误差和剖面曲线峰 值偏离度一确定飞行高度、水平偏移误差、垂直偏移误差和放大倍数误差一确定地空电磁 探测系统探测分辨率。
5.按照权利要求4所述的时间域地空电磁探测系统，其特征在于，闭合异常环响应的 计算为闭合异常环1用一个等效电感L和等效电阻R进行近似，当发射线圈中产生的交变磁 �。诒蘸弦斐；�1中产生感应电流，写为
6.按照权利要求1所述的时间域地空电磁探测系统的标定方法，其特征在于，包括以 下顺序和步骤·5. 1、选择测试场地；·5. 2、飞行器(12)飞到100米以上高空测量系统的噪声背景�。� 5. 3、再将飞行器(12)飞降到10-30米飞行高度，测量大地的背景�。� 5. 4、铺设闭合异常环，调整闭合异常环的时间常数，测量加入闭合异常环电磁数据和 大地响应场数据；·5. 5、改变不同飞行方向穿越异常环飞行测量闭合异常环响应；·5. 6、切换电阻排或电感排，改变时间常数在0. Ims-IOms之间变化，测量异常环响应；·5. 7、控制飞行器(1 ，改变不同飞行高度测量异常线圈环响应；·5. 8、将测量数据输入数据质量评价系统，确定系统误差、飞行几何误差、探测分辨率。
全文摘要
本发明涉及一种时间域地空电磁探测系统及标定方法。地面记录装置GPS同步单元连接的感应信号记录装置、闭合异常环、数据质量评价系统和时间域地空电磁探测系统的标定方法构成。本发明采用闭合异常环感应信号记录装置，实现感应电流、感应电压同时记录，实现24位200Hz采样率、带宽为0-13KHz、放大器动态范围160dB，而且具有与地面发射机、空中接收机GPS同步，并且在测量时，通过去除大地背景场数据，提取含几何误差的纯闭合异常环电磁信号，输入数据质量评价系统，与计算的闭合异常环理论值进行比较、拟合，确定系统误差、几何参数误差以及时间域地空电磁探测系统的探测分辨率，实现电磁探测系统性能的测试和标定。
文档编号G01V13/00GK102096113SQ201010573168
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者嵇艳鞠, 曹婧华, 林君, 王言章, 王远, 田培培, 符磊, 许洋铖 申请人:吉林大学
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