随着城市化的不断建设、矿产资源的不断开采以及军事武器水平的不断提高,地下空洞、矿产、未爆弹和金属管线等磁异目标的勘探技术也逐渐变的复杂起来,对勘探精度、效率和勘探的便携性等都有了更高的要求,导致地下目标探测技术变得更加具有挑战性。因此,对地下磁异目标激励响应的特性进行分析具有重大意义。本文针对目前现有探测方法存在的问题,基于麦克斯韦方程组详细介绍了均匀半空间的瞬变电磁原理,结合瞬变电磁法提出了阵列化自适应磁激励探测。从激励线圈产生一次磁场、磁异目标散射二次磁场、接收装置检测二次磁场和磁异目标反演定位算法四个方面构建了较为系统的数学理论推导。此外,本文利用低频电磁有限元技术构建了中心回线探测模型,对发射线圈施加不同形状的信号,改变磁异目标的大小,并在此基础上探究接收线圈感应信号的规律。之后对发射线圈施加不同频率、幅值和占空比的双极性矩形波信号,并采用有限元法来计算不同激励信号下发射线圈产生的磁场分布以及接收线圈的感应电动势,最终得出激励信号各参数与感应信号幅值、探测范围与探测深度之间的关系。激励信号的频率、幅值与信号的频谱幅值、二次场的感应幅值成正比,激励信号占空比与信号频谱的幅值非线性相关,当占空比为50%时,信号频谱成分最少且集中于低频部分,当占空比低于50%或高于50%时,频谱成分增多且向中高频分散,为实际探测地下磁异目标提供理论依据。最后在实验室环境下,利用设计的便携式线圈对浅层小型金属铁管进行探测,验证了本文研究的正确性,也为浅层小型金属探测提供参考。