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地空电磁探测方法(Semi-Airborne Electromagnetic Method,SAEM)采用地面发射,空中测量响应磁场的工作模式,具有探测范围广、复杂地形适应性强、探测成本低、探测效率高的优势。然而,现有地空系统主要为时间域,探测范围和探测深度有限。仅有的频率域系统采用磁线圈做发射源,且数据处理解释方法粗放,并不能充分发挥地空频率域电磁探测方法的探测潜力。电性源地空频率域电磁探测方法有望突破现有地空系统限制,具有扩展探测范围和深度的潜力。本文针对系统样机运动噪声大的问题,研究了系统运动噪声产生机理和抑制方法,有效地抑制了运动噪声影响。对于提升地空系统的探测能力,同时推广地空频率域电磁探测方法和技术的发展,具有重要意义和实用价值。本文从地空频率域电磁探测方法的原理入手,明确了系统观测方案和技术指标需求,研究了成像方法,讨论了受运动噪声影响现有系统样机指标不满足技术指标需求的问题。针对不同来源的运动噪声,研究了噪声产生机理和抑制方法,通过系统优化和数据处理的手段有效地抑制了运动噪声。最终,通过野外对比实验和探测应用,论证了本文优化后的系统和提出的数据处理技术的有效性。论文主要研究内容如下:(1)研究了地空频率域电磁探测方法的基本理论,明确了系统的技术指标需求。基于电磁场与电磁波的基本理论,建立了地空频率域电磁探测方法的一维正演模型。分析了不同模型参数及观测参数对响应的影响,明确了系统的观测方案。研究了全区视电阻率和视深度计算方法,实现了地空频率域全区视电阻率成像。针对全频带达到收发距6 km范围内的探测需求,明确了系统的技术指标:频带范围10 Hz10 kHz、系统噪声水平低于30 pT/√Hz,现有系统样机在700Hz1 kHz频段以及高于2 kHz、频段低于50 Hz的低频段的噪声水平不满足系统探测指标需求。为研究运动噪声抑制技术,优化接收系统提供了技术指标基础。(2)研究了飞行平台噪声产生机理及其控制和耦合抑制技术。平台噪声来源于飞行平台中电机定子产生的旋转磁场,噪声主要分布在电机控制频率及其谐波频段,频率和强度受电机转速影响,噪声在空间随距离增大呈5次方衰减。通过优化设计装配参数包括悬吊绳弹性系数、接收线圈质量及悬吊距离的方法,抑制了接收系统中的飞行平台噪声。常规电磁噪声环境下,优化后的接收系统实测噪声水平在50 Hz以上频段低于10 pT/(Hz)1/2,能够满足系统技术指标要求。(3)研究了低频运动噪声产生机理及抑制技术。低频运动噪声来源于接收线圈在地磁场中的低频运动,噪声分布在低于20 Hz的频段,且12 Hz噪声最强。系统短时处理接收数据时,该噪声会在有效探测段产生严重泄露,降低有效信号频点的信噪比。研究了基于小波变换的低频运动噪声抑制技术。应用coif5小波对信号进行10层分解,可得到数据中的低频运动噪声基线并加以去除,方法有效改善了1050 Hz频段的信噪比。(4)研究了同频姿态噪声产生机理及抑制技术。姿态噪声来源于接收线圈在发射源所产生的三维磁场中运动。由于接收线圈位置偏移不超过4 m,高度误差不超过2 m,对于100Ω·m的均匀大地而言,接收线圈的位置偏移引入的磁场幅度相对误差小于5%。因此,接收线圈位置偏移影响可忽略不计。接收线圈姿态偏转后实测磁场幅度是随电阻率变化的单调函数,研究了带姿态的视电阻率校正算法,实现了接收线圈的姿态误差校正。分析了姿态角度静态和动态变化时,带姿态视电阻率校正算法的校正精度受姿态角度测量精度和采样速率的影响,明确了保证校正精度所需的姿态测量精度和采样速率要求。最后,基于优化后的及数据处理技术,分别在南京、长春、辽源等地区进行了探测对比实验。探测结果表明,优化后的系统及提出的数据处理技术能够抑制运动噪声影响。系统最大探测收发距可达6 km,最大探测深度可达1 km。与主流地面系统相比,探测效率更高,复杂地形适应性更强,与现有地空时间域和频率域电磁探测系统相比,本文系统探测范围更广、探测深度更大,探测效率更高。综上所述,提出的地空频率域电磁探测运动噪声抑制技术优化了接收系统的技术指标,为进一步发展和推广地空频率域电磁探测技术奠定基础。