固定翼航空瞬变电磁数据采集技术研究

论文摘要

固定翼航空瞬变电磁法是一种常用的航空物探勘查方法,以固定翼飞机为载体搭载电磁勘探设备进行勘查。因其具有发射磁矩大、飞行姿态稳定、续航时间长、勘探成本低而被广泛用于大探测深度、大范围小比例尺的探测与地质填图工作,在山区、沙漠以及戈壁等地形复杂地区具有广阔的应用前景,为我国能源开发战略和国土资源调查提供快速、高效、大探测深度的装备和技术支撑。本文依托于国家重点研发计划重点专项“固定翼时间域航空电磁测量技术系统研制”,分析了固定翼航空瞬变电磁法的原理及信号特点,并对基于虚拟仪器技术的固定翼航空瞬变电磁数据采集技术进行了以下研究。对接收线圈与前置放大的级联噪声模型进行分析,依据瞬变电磁信号特点,使用低噪声低功耗的INA128仪表放大器设计了差分放大电路,有效抑制共模干扰,完成对瞬变电磁信号的放大;设计相应的低通滤波电路和长线传输电路,对接收带宽以外的高频噪声进行抑制,并以差分传输的方式将信号通过电缆传输给采集系统,提高传输过程中的抗干扰能力;采用DC-DC转换器和LDO线性稳压器组合方式设计电源,实现对电源波纹的抑制,使系统性能最大化。在PXIe平台上搭建完成数据采集系统,并采用技术成熟的PXIe-4492动态信号采集卡,实现24位高精度采样;利用PXIe-6674T时钟卡提高系统时钟精度,并生成发射同步信号,通过软件配置完成采样时钟与发射同步信号时钟之间的同步。在LabVIEW环境下开发数据采集软件,软件整体基于“生产者-消费者”框架设计,采用队列进行传输控制消息和数据,在保证数据采集速度的同时,实现数据存储与处理功能;使用XML文件保存系统配置,减少重复配置工作;选择TDMS文件格式和多文件自动存储的方式存储大量的原始数据;分析了瞬变电磁信号的噪声特征,并对50Hz人文噪声进行幅值统计,用以实时判断噪声水平;采用双极性正反叠加的方式去除50Hz人文噪声,采用中值滤波去除天电干扰噪声,采用一维插值方法去除线圈运动噪声,噪声去除效果良好;提取Off-time数据进行叠加抽道,然后形成剖面图显示。最后,对系统的各部分性能分别进行测试和结果分析,验证了数据采集系统的可行性,系统性能满足航空瞬变电磁法工作需求,并提出下一步工作建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 固定翼航空瞬变电磁发展现状
•     1.2.2 数据采集技术发展现状
•   1.3 本文主要研究内容及结构安排
• 第2章 固定翼航空瞬变电磁数据采集技术分析
•   2.1 航空瞬变电磁法原理
•   2.2 瞬变电磁信号特点
•   2.3 虚拟仪器及数据采集技术
•     2.3.1 虚拟仪器介绍
•     2.3.2 数据采集技术
•   2.4 系统总体设计方案
•   2.5 小结
• 第3章 数据采集系统硬件设计
•   3.1 信号调理电路设计
•     3.1.1 接收线圈与前置放大器噪声模型
•     3.1.2 前置放大电路设计
•     3.1.3 仪表放大器选择及电路实现
•     3.1.4 低通滤波器
•     3.1.5 长线传输
•   3.2 电源设计
•   3.3 电路实物展示
•   3.4 数据采集硬件平台
•     3.4.1 动态信号采集卡
•     3.4.2 时钟同步硬件
•   3.5 小结
• 第4章 数据采集系统软件设计
•   4.1 LabVIEW简介
•   4.2 软件功能设计
•     4.2.1 系统配置模块
•     4.2.2 数据采集程序
•     4.2.3 数据存储模块
•   4.3 数据预处理及显示模块
•     4.3.1 噪声分析
•     4.3.2 噪声统计与去除
•     4.3.3 数据抽道取样
•   4.4 小结
• 第5章 系统性能测试
•   5.1 硬件电路性能测试
•     5.1.1 信号调理电路测试
•     5.1.2 电源系统测试
•   5.2 系统采集测试
•     5.2.1 连续采集测试
•     5.2.2 收发时钟同步测试
•   5.3 地面接收试验
•   5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 曹展宏

导师: 胡辉,李军峰

关键词: 航空瞬变电磁法,信号调理电路,数据采集,时钟同步,数据处理

来源: 北华航天工业学院

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: 北华航天工业学院

分类号: P631.326

总页数: 67

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