磁共振地下水探测技术（Magnetic resonance sounding,MRS）具有可以直接反演出地下0-150 m深度的含水层位置、含水量大小、介质孔隙度及电导率等地质水文信息的优点,已广泛应用于我国的地下水勘探领域,尤其是在旱区进行水文地质调查,为缓解旱灾提供了有效的技术支持。然而,随着MRS的应用范围逐渐拓展到电磁噪声更加严重的环境,现有检测技术已无法满足实际探测的需求,存在抗干扰能力差、放大器易饱和以及无法检测有效信号等问题。因此,开发能够在强噪声环境中获取有效MRS信号的检测方法和系统具有重要意义和实用价值。由于MRS信号只有纳伏级,极易受噪声干扰,如何从背景噪声中检测出有效信号一直都是该技术领域的研究热点。目前,磁共振地下水探测领域已形成了一套相对成熟的MRS信号检测步骤,分为低噪声传感器拾取信号、数据采集系统记录信号、数字滤波算法压制噪声和曲线拟合提取信号四个过程。针对MRS系统在强噪声条件下的有效信号检测问题,本文从分析不同类型噪声对上述每一个检测过程的影响着手,对实现可靠采集和提取有效信号的关键技术进行深入研究,提出了一种适用于强噪声干扰下磁共振地下水探测的实时抗饱和检测方法,并开发了相应的MRS系统,通过野外应用实例验证了新系统的有效性和实用性。论文主要研究内容如下:（1）研究不同含水层结构产生的磁共振响应和MRS信号宽带特性,分析不同噪声干扰对MRS信号检测效果的影响。基于核磁共振理论,建立了磁共振信号在线圈中的数学模型,阐释了磁共振地下水探测的基本原理和工作过程,通过数值建模的方法分析不同含水层深度、厚度以及含水量的磁共振响应,为磁共振地下水探测提供理论依据。并根据磁共振信号的幅度调制特点,理论上得到其带宽范围,明确MRS信号的宽带特性对设计检测系统的约束条件;再通过对强干扰环境中的噪声进行分类,研究不同类型噪声对MRS检测系统的影响,为确定整体解决方案提供基础。（2）针对非调谐宽带传感器灵敏度低、低频谐波噪声易导致前置放大器饱和的问题,提出了基于宽频LC匹配网络的实时抗饱和传感技术。结合线圈特性,利用LC谐振电路和无源带通滤波器搭建了通带内增益为4.6 dB的宽频匹配网络,通过建立等效本底噪声模型对基于匹配网络结构的MRS传感系统进行优化,开发了一个带宽1030 Hz（覆盖全国范围）、本底噪声密度1.78 nV/（Hz）^1/2@2kHz、具有实时抑制低频谐波干扰的新传感器系统。利用艾伦方差重新定义并评估了新系统的检测灵敏度,测试结果表明最小可检测信号达到3.12 nV。（3）针对地面磁共振采集系统动态范围小、尖峰噪声与工频谐波噪声易导致二级放大器饱和的问题,提出了基于瞬时浮点放大的实时抗饱和数据采集技术。为了满足噪声突变特性和A/D相对转换精度的要求,研究了不同增益调控技术。其中,由于瞬时浮点放大技术具有高速调控和自动选定最佳增益的优点,因此,本文采用该原理设计了一个动态范围达到192.65 dB、调控速率为50 kS/s、增益自适应调节的数据采集系统。新系统以每一个子样的瞬时值为依据,在子样时间内实时调节增益,确保尾码在A/D转换器的1/2满量程到满量程之间,在抑制放大器饱和的同时,还有效提高了采集系统的动态范围和A/D的相对转换精度,保障了在强噪声干扰环境中采集数据的可靠性。（4）针对MRS数据处理时进行多步消噪引发的信号损失、滤波不彻底和噪声残余等缺点所导致的提取信号精度低,甚至无法检测出有效信号的问题,提出了基于建模反恢复的锁相放大检测方法。虽然锁相放大技术在检测单频信号时具有极强的滤波效果等特点,但由于MRS的宽频特性影响,无法直接将该技术用于处理磁共振原始数据,因此,本文对磁共振信号经过锁相放大器过程建立数学模型,分析输出结果,并进行推导变换,提出了恢复原始MRS信号的锁相放大检测方法。室内和野外测试结果表明该方法能够在含有强背景噪声的数据中提取出高精度的MRS信号,为后期反演解释提供了保障。（5）基于上述关键技术,开发了集信号拾取、数据采集和数据处理于一体的新型MRS仪器系统,通过与JLMRS-II系统（吉林大学研制的代表性磁共振探水仪器）进行对比测试,结果表明新系统检测灵敏度由5 nV提高到3.12 nV、动态范围由144.49 dB提高到192.65 dB、通带内噪声容限由20000 nV提高到2×10⁶ nV,表现出较强的实时抗饱和性以及获取信号的有效性。最后,利用本文研究的实时抗饱和检测方法与系统在长春市郊区进行了地下水探测试验,结果表明在强噪声干扰环境下新系统能够稳定工作,且提取的信号用于反演结果与钻井数据吻合,验证了新方法和系统的有效性和实用性。综上所述,本文的研究进一步拓展了磁共振探水技术的应用范围,为我国噪声干扰严重地区进行地下水的磁共振探测奠定了基础。