地空频率域电磁法结合航空电磁法探测效率高和地面电磁法发射功率大的优势,近年来得到了快速发展。但是,该方法采用接收空中垂直磁场信号的方式获取地下电阻率信息,空中垂直磁场相对较弱,且随着收发距的增大迅速衰减。其次,传感器空中移动接收信号会因为姿态变化耦合其他分量信号,引入姿态噪声,同时旋翼机的载重较低,对传感器的重量提出较高要求。本文针对以上问题做了如下工作:1)为确定传感器的设计需求,介绍了地空频率域电磁法的原理,并分析了其响应信号的特征。分析了空心线圈传感器测量磁场信号的基本原理,给出了空心线圈传感器的灵敏度计算公式,确定了适合地空频率域探测的阻尼状态。2)研究了空心线圈传感器的优化设计方法,建立空心线圈内阻、分布电容、电感、匹配电阻和重量的数学模型,针对空心线圈的源阻抗特点设计差分前置放大电路。建立空心线圈传感器的等效噪声模型,分析了传感器等效电压噪声与线圈匝数和直径的关系。最后针对实际应用需求,建立基于重量约束的传感器噪声优化设计模型,计算获得最优解。3)设计了三分量空心线圈传感器。针对各分量传感器之间的相互影响问题,做了相应仿真分析,进而确定了垂直共心的三分量线圈结构。然后,定量分析了三分量线圈非正交角度对垂直磁场信号姿态校正的影响。仿真结果表明,姿态矫正可以将运动噪声降低到1%以内,并且非正交角度对系统测量的影响可以忽略。4)对本文研制的传感器进行了性能测试与野外应用。在屏蔽室分别做了传感器灵敏度标定和噪声测试实验,实验结果与理论分析一致,并在长春市乐山镇使用本文传感器和AMTC-30进行了野外对比实验,实验结果验证了本文空心线圈传感器测量信号的准确性。最后进行了飞行实验和野外工程应用,取得了不错的测量效果。