本文關(guān)鍵詞：可控源電磁探測(cè)正交檢測(cè)技術(shù)研究

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【摘要】：可控源電磁探測(cè)方法就是在人工激勵(lì)場(chǎng)源的作用下,通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)傳感器來(lái)獲取地下介質(zhì)的電磁信息,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)的探測(cè)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展,人類社會(huì)活動(dòng)的不斷增加,該方法已經(jīng)在水資源、地?zé)豳Y源、礦產(chǎn)資源勘查,工程方面的監(jiān)測(cè)與管理以及地下管道線路測(cè)定等多個(gè)領(lǐng)域取得了越來(lái)越普遍的應(yīng)用。在野外工作時(shí),發(fā)射機(jī)發(fā)射方波的激勵(lì)場(chǎng)源,數(shù)臺(tái)至數(shù)十臺(tái)接收機(jī)同時(shí)工作,各接收機(jī)間相距數(shù)十米。為了保證野外工作的準(zhǔn)確性與有效性,需要對(duì)可控源電磁探測(cè)系統(tǒng)所采集到的大量時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià),通常所采用的采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方案有:一、給每臺(tái)接收機(jī)均配備一臺(tái)電腦,實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行頻域變化;二、通過(guò)控制器的控制將采集到的大量時(shí)域數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線上傳至上層監(jiān)控電腦;這兩種方法均有著成本高、功耗大、無(wú)線傳輸誤碼率高等缺點(diǎn)�；谛盘�(hào)檢測(cè)領(lǐng)域一種廣泛應(yīng)用的正交檢測(cè)技術(shù),針對(duì)傳統(tǒng)正交檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用于可控源電磁探測(cè)信號(hào)幅度和相位提取的不足之處,提出了一種改進(jìn)的正交檢測(cè)技術(shù),更加滿足于以方波作為激勵(lì)源的采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)。由于所提算法是采用FPGA和單片機(jī)作為主控器通過(guò)運(yùn)算得以實(shí)現(xiàn),滿足了采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的低成本、低功耗、實(shí)時(shí)性、檢測(cè)精度、便攜性等方面的要求,為以方波作為激勵(lì)源的可控源電磁探測(cè)及其相關(guān)工作提供了硬件平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本文的工作內(nèi)容如下:1)分析并介紹了可控源電磁探測(cè)的基本原理,結(jié)合實(shí)際的野外工作情況和特點(diǎn),通過(guò)分析目前所使用的采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方案的特點(diǎn)和不足,闡述了本課題的研究背景與意義。2)根據(jù)對(duì)傳統(tǒng)正交檢測(cè)原理的分析,基于可控源電磁探測(cè)采用方波作為激勵(lì)源的特點(diǎn),推導(dǎo)并分析了傳統(tǒng)正弦波參考的正交檢測(cè)技術(shù)和方波參考的正交檢測(cè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程和檢測(cè)結(jié)果。結(jié)合傳統(tǒng)正交檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),添加特定頻率的參考信號(hào),本文提出了一種改進(jìn)的無(wú)乘法正交檢測(cè)技術(shù),更好地適應(yīng)了方波激勵(lì)源,在降低硬件要求的同時(shí)還提高了最終的檢測(cè)精度。3)設(shè)計(jì)整體的可控源電磁探測(cè)正交檢測(cè)方案,針對(duì)所提改進(jìn)算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程,設(shè)計(jì)了匹配的濾波電路,在運(yùn)用改進(jìn)算法對(duì)主要諧波成分進(jìn)行濾除以后,通過(guò)匹配的低通濾波器濾除多余的高頻諧波成分;利用添加匹配高通濾波器(HPF)實(shí)現(xiàn)對(duì)具有高通特性大地介質(zhì)特性影響的分析。4)基于改進(jìn)的正交檢測(cè)原理,采用降采樣率的采樣方法和取樣積分技術(shù),選取一定的采樣點(diǎn)數(shù),在降低對(duì)AD芯片指標(biāo)要求和避免頻譜泄露之外,還使系統(tǒng)在采樣精度方面也得到了提升。5)選取16位并行的AD676模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換,利用FPGA和單片機(jī)MSP430作為采集系統(tǒng)的主控器。在FPGA內(nèi)部搭建方波輸出、AD控制、正交檢測(cè)控制、求余和正交檢測(cè)運(yùn)算等模塊,實(shí)現(xiàn)適用于可控源電磁探測(cè)的改進(jìn)型正交檢測(cè)技術(shù);在MSP430中通過(guò)編程和外接液晶、鍵盤等設(shè)備實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互。同時(shí),為了在野外實(shí)驗(yàn)時(shí),保障精度方面所需的較高要求,本設(shè)計(jì)在同步方面采用恒溫晶振與GPS兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘協(xié)同的工作方式。6)基于所搭建的硬件平臺(tái),對(duì)改進(jìn)的正交檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn),提取可控源電磁探測(cè)采集信號(hào)的幅度和相位信息。通過(guò)對(duì)比和分析實(shí)測(cè)結(jié)果,證明所提算法具有較高的檢測(cè)精度,驗(yàn)證該算法的可行性和可靠性,為更加實(shí)時(shí)、快捷地對(duì)可控源電磁探測(cè)的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。最終的實(shí)測(cè)結(jié)果表明:改進(jìn)型正交檢測(cè)技術(shù)具有可行性,且相對(duì)于傳統(tǒng)正弦波參考的正交檢測(cè)幅度誤差為0.01%~0.72%,相位誤差保證在4?的范圍內(nèi);與傳統(tǒng)方波參考的正交檢測(cè)技術(shù)相比,最終的檢測(cè)精度提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。改進(jìn)型正交檢測(cè)技術(shù)在對(duì)數(shù)據(jù)量較大的時(shí)域采集信息進(jìn)行處理時(shí),因無(wú)需進(jìn)行乘法運(yùn)算、實(shí)時(shí)性較高、具有較低的硬件要求,且能抑制高通特性大地介質(zhì)作用,而在可控源電磁勘探里擁有著很好的實(shí)際使用價(jià)值與發(fā)展遠(yuǎn)景。
【關(guān)鍵詞】：可控源電磁探測(cè) 特定頻率參考信號(hào) 正交檢測(cè)技術(shù) 高通特性大地介質(zhì) 低采樣率
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P631.325
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 緒論13-18
• 1.1 引言13
• 1.2 研究背景與意義13-15
• 1.2.1 研究背景13-14
• 1.2.2 研究意義14-15
• 1.3 研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 論文研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)17-18
• 第2章 正交檢測(cè)理論研究18-29
• 2.1 可控源電磁探測(cè)原理18-19
• 2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)原理19-21
• 2.3 正交檢測(cè)原理21-24
• 2.4 傳統(tǒng)正交檢測(cè)技術(shù)分析24-26
• 2.5 改進(jìn)的正交檢測(cè)技術(shù)26-29
• 第3章 匹配采樣電路的設(shè)計(jì)29-35
• 3.1 匹配低通濾波器設(shè)計(jì)29-30
• 3.2 匹配低通濾波器的影響分析30-32
• 3.3 匹配高通濾波器設(shè)計(jì)32
• 3.4 高通特性大地介質(zhì)分析32-35
• 第4章 數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)換35-40
• 4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)35-37
• 4.1.1 供電電源部分設(shè)計(jì)35-36
• 4.1.2 數(shù)據(jù)采集芯片選取36-37
• 4.2 AD采集及轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)37-40
• 4.2.1 AD676的自動(dòng)校準(zhǔn)37-38
• 4.2.2 AD676的轉(zhuǎn)換控制38-39
• 4.2.3 AD676的時(shí)序控制39-40
• 第5章 正交檢測(cè)技術(shù)研究40-50
• 5.1 匹配采樣技術(shù)40-43
• 5.1.1 降采樣要求40
• 5.1.2 取樣積分技術(shù)40-42
• 5.1.3 采樣點(diǎn)數(shù)選取原則42-43
• 5.2 正交檢測(cè)技術(shù)43-47
• 5.2.1 正交檢測(cè)運(yùn)算43-44
• 5.2.2 FPGA控制和數(shù)據(jù)處理44-47
• 5.3 系統(tǒng)同步技術(shù)47-50
• 第6章 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析50-60
• 6.1 系統(tǒng)性能測(cè)試50-54
• 6.1.1 低通性能測(cè)試50-52
• 6.1.2 高通特性測(cè)試52-54
• 6.2 同步結(jié)果測(cè)試54-56
• 6.2.1 同步誤差分析54-55
• 6.2.2 同步測(cè)試結(jié)果55-56
• 6.3 正交檢測(cè)誤差分析56-60
• 第7章 全文總結(jié)60-62
• 7.1 研究工作成果60-61
• 7.2 進(jìn)一步研究建議61-62
• 參考文獻(xiàn)62-68
• 附錄A 帶低通的仿真原理圖68-69
• 附錄B 帶高通和低通的仿真原理圖69-70
• 學(xué)術(shù)論文與科研成果70-71
• 作者簡(jiǎn)介71-72
• 致謝72

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