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可控源音频大地电磁法(Controlled Source Audio-frequency Magnetotelluric,CSAMT)是一种人工源频率域电磁测深方法,具有勘探深度范围大、测量效率高等优点,广泛应用于找矿、地下水探测、环境污染探测、石油勘探、工程地质勘查等领域。人工场源电磁勘探系统由发射机和接收机组成,发射机负责向大地提供具有一定功率的脉冲电流作为场源;接收机实现高效的电磁信号数据采集工作,再通过地球物理反演将原始观测数据转变成地球物理模型,从而能够反映地质状况。作为可控源人工电磁场的激励源,地面电磁探测(Surface Electromagnetics Prospecting,SEP)发射机的研制是整个电磁勘探研究中的重要环节。全球定位系统(Global Positioning System,GPS)时间同步和数据采集与处理系统是整个SEP发射系统的重要组成部分,其主要功能是提供发射机精准的GPS同步时间和实时的采集处理发射电压、发射电流、发射频率数据,并将这些数据上传到上位机显示和存储。本文对GPS时间同步和数据采集与处理系统进行了理论分析、软硬件设计与实验验证,完成了基于DSP+FPGA的低噪声、低漂移、高精度的SEP发射机GPS时间同步和数据采集与处理系统的研制任务,论文的主要工作包括四部分:第一部分,GPS时间同步模块的设计。首先分析了GPS的授时原理和GPS授时误差的来源,引出了GPS失锁的问题,进而提出了利用GPS/本地时钟双模授时的时间同步技术,给出了时间同步系统的总体设计方案和原理框图,并阐述了各个功能模块的所要实现的功能;其次,对时间同步方案软硬件进行了详细设计,重点介绍了恒温晶振频率校正和授时工作模式切换的方法;最后对时间同步精度进行了试验验证及分析。第二部分,数据采集和处理模块的设计。首先给出了数据采集和处理系统的总体设计方案和原理框图,采用DSP和FPGA作为主控制器,对发射电压、电流和频率进行实时测量和显示;其次,详细阐述了数据采集和处理系统硬件组成和软件设计流程;最后重点介绍了DSP对发射电压、发射电流信号的采样和处理及FPGA对发射频率测量的方法。第三部分,人机交互界面的设计。利用Labview软件设计了良好的人机交互界面,可以在线配置发射机的工作模式和发射参数,并具有数据显示和波形显示的双重功能,对发射机的运行状况进行实时监视,此外还具有自动存储功能,以便后期数据分析。第四部分,实验验证。首先通过实验对GPS时间同步精度、数据采集与处理系统采样精度进行测试,测试结果表明设计的时间同步系统同步精度优于±0.1μs,数据采集和处理系统采样精度也达到99%以上,符合系统设计要求。最后与代表国外先进水平的发射机同时于野外进行发射对比实验,通过发射频率对比分析验证了本文所设计的发射机发射性能上接近代表国外先进水平的发射机,能胜任野外地质勘探的性能需求。