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近年来,甚低频/极低频电磁技术在目标探测中应用广泛,例如:排除未爆弹药隐患、有效评估地下地质结构,快速有效的探测识别水下目标体,提高勘查技术含金量、探测地下矿产资源等。 该课题以目标探测为主题,主要研究了甚低频/极低频电磁法在目标探测中的应用:利用频率域电磁法对近地表的未爆弹药探测、利用极低频磁信号对水下目标探测、利用人工源极低频电磁波对地下资源探测等。目前,开展的研究工作和创新性研究成果简介如下: (1)为有效探测埋藏在近地表的未爆弹药,本文研制了一套多频点便携式浅层频率域电磁探测系统CEM-2。 a)CEM-2系统采用正弦脉宽调制技术(SPWM)产生任意频率间隔、低谐波失真的多频合成信号,能量利用率较高。算法不依赖于负载,可靠性和移植性较强。 b)数据处理算法可消除发射磁矩的影响,规避了发射线圈变形、发射电流变化等因素带来的假异常。该算法大部分运算都是求和、乘积运算,执行效率高。 c)支撑架选择热膨胀系数小的木质材料,将支撑架上的金属部分(可拆卸电路盒、前置放大电路等)安放在一次磁场梯度较小的地方,减少假异常。 (2)为克服声学探测技术的“声影区”,本文研究了水下目标极低频电磁信号的产生机理,提出了对应的水下目标探测方案。 a)本文将水下目标等效为水平电偶极子,推导了该发射源在空气中、海水中的电磁场计算公式,研究了轴频信号在海水-空气分界面上的反射、折射现象、多径效应和传播规律,分析了海水深度、海水电导率、偶极子源深度、海底电导率和发射频率等参数的影响。 b)本文提出了利用人工源发射极低频电磁波探测水下目标的技术方法。仿真发现,当目标的主轴与发射源的极化方向垂直时,二次散射场的强度最小;反之,二次散射场的强度最大。当目标距离发射源5km时,在目标正上方的二次散射场约为1pT。 c)本文对水下目标的尾流磁场进行了建模分析,发现在距离目标横向距离10km处,磁感应强度在0.2pT量级。 (3)为了进一步的研究水下目标极低频电磁场的传播规律,本文在内蒙古兴安盟科尔沁右旗进行了陆上极低频异常目标的模拟试验。 a)本文推导了水平接地长导线源和水平大回线源在“地-空模型”中的响应。 b)本文提出了一种噪声抑制的时域方法,该算法的复杂度低,运行时间短,可消除带外噪声和部分相关噪声。 c)本文将“地-空模型”的仿真数据与实测数据匹配,相关系数较高,验证了“地-空模型”的有效性。 (4)本文利用时域有限差分方法(FDTD)研究了极低频电磁法在全国范围内的场源及响应分布,分析了极低频电磁法在地下资源探测中的应用能力。 a)本文引入电离层电导率模型和地形地理信息,模拟“地-电离层波导”,验证了模型的有效性。 b)基于“极低频探地(WEM)工程”,本文仿真了在国土范围内极低频发射源辐射电磁场的水平分布,在国内三个典型地电区域仿真了电磁场的垂直分布,并应用于地下高阻、低阻目标体的探测分析。