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随着经济的发展和科技的进步,我国对于资源和能源的需求也越来越旺盛,这对电法勘测事业提出了挑战。我国电法勘探仪器大多依赖于进口,很容易受制于人,因此研制具有自主知识产权的电法仪器势在必行。目前国内研究的电法仪器大多依赖于发射功率的提升来提高探测精度和探测效果,但功率的提升会加大仪器体积和重量,增加成本,降低探测效率,也不适合于我国多山区矿藏状况的勘测。针对于此,本文提出采用伪随机变频信号作为激励场源,结合后期信号相关检测算法来获得地电信息的电磁探测方法,可以在小功率条件下实现高信噪比的探测,具有频率分辨率高,探测精度高、探测频点密、效率高、系统稳定性好,装备轻便、使用灵活等特点。
本文首先从电磁法勘测的基本理论出发,在三维地电模型的基础上讨论了频率域电磁法测深的基本原理。在此基础上,本文还分析了国内外频率域电磁法勘探所用的场源信号,针对其缺点和不足,提出了采用伪随机变频信号作为激励场源,结合信号相关检测技术处理接收信号的方法,并在电法勘测的系统模型中,简要讨论了相关检测的过程。这种方法可以根据场源信号频率的随机性去除不相关噪声,提高系统的抗干扰性能,实现小功率下高信噪比勘测。
接下来本文针对实现伪随机变频信号勘测方法的伪随机变频信号电磁勘测系统进行了硬件的设计,主要包括发射机和接收机两部分。
研制的伪随机变频信号电磁发射机瞄准了目前世界上最新的电子技术和计算机技术,采用FPGA、GPS、高速A/D转换器、USB控制芯片、电力电子器件等高新器件,综合运用伪随机序列发生器(LFSR)、直接数字频率合成技术(DDS)、GPS精确同步采集等技术,使研制的发射机系统具有集成度高、体积小、重量轻、抗干扰能力强、可靠性好、稳定性高等特点;采用VC++开发语言设计了PC机数据采集系统的应用程序,实现了采集数据的显示和存储,方便用户对发射系统工作状态的监控和后期的数据处理。
研制的伪随机变频信号电磁接收机采用了高精度、低噪声、低功耗的精密仪器放大器、程控放大器、FPGA、GPS、高速A/D转换器、USB控制芯片、电力电子器件等高新器件,实现了接收信号的精确放大和高精度同步采集存储,设计的接收机系统具有接收频带范围宽、低失真放大、集成度高、抗干扰能力强、同步精度高、体积小、功耗低等特点,适于我国多山区矿藏状况的勘探。
通过对研制的伪随机变频信号电磁勘测系统进行电阻网络实验、水槽实验、抗干扰试验等,说明本系统探测精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠。