[發明專利]一種具有姿態記錄功能的地空TEM接收系統及測量方法

在審

• 申請號: 201710040179.7
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106772633A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 嵇艷鞠;杜尚宇;劉錫洋;欒卉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01V3/10
• 分類號: G01V3/10;G01C21/16;G01S19/14
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙)22212
• 代理人: 鞠傳龍

技術領域

本發明涉及一種地空TEM接收系統及測量方法，特別涉及一種具有姿態記錄功能的地空TEM接收系統及測量方法。

背景技術

當前，時間域瞬變電磁法(Time-domain Electromagnetic，簡稱TEM)是一種基于電磁感應原理的地球物理探測方法，根據接收機接收到的二次場的大小及衰減特性來分析地下介質的分布情況。接收系統決定二次場數據的接收質量，而二次場數據接收質量是探測效果好壞的關鍵因素。

地空TEM系統采用地面發射、空中接收的工作方式，在飛行過程中，接收線圈抖動姿態時刻變化，在測量數據中引發接收分量方向、系統收發距等參數誤差，影響數據反演效果。地空TEM探測中為提高信噪比，常采用六旋翼飛行器掛載接收線圈實現低空近地飛行，但其載重有限制，常規適用于航空TEM中的高精度慣性導航傳感器由于體積重量較大，不再適用于地空TEM探測；而通過軟件基線校正進行處理，雖然算法上容易實現，但實際處理效果精度較低。

中國專利CN102096113B公開了一種時間域地空電磁探測系統及標定方法該系統由地面記錄裝置GPS同步單元連接的感應信號記錄裝置、閉合異常環、數據質量評價系統和時間域地空電磁探測系統的標定方法構成。在測量時，通過去除大地背景場數據，提取含幾何誤差的純閉合異常環電磁信號，輸入數據質量評價系統，與計算的閉合異常環理論值進行比較、擬合，確定系統誤差、幾何參數誤差以及時間域地空電磁探測系統的探測分辨率，實現電磁探測系統性 能的測試和標定，未涉及地空電磁信號線圈姿態問題及解決方案。

中國專利CN201380075951.9公開了一種用于姿態校正的系統和方法，該系統包括：陀螺儀傳感器、加速度傳感器、磁力計傳感器，姿態模塊、校正模塊。該發明實現了能夠檢測電子設備的加速度和姿態，用加速度來計算姿態校正。用所計算的姿態校正來校正所檢測的電子設備的姿態，但并未涉及地空電磁信號問題及解決方案。

Yin等(2004a)研究發現，在一般情況下，機載電磁系統因姿態變化所引起的大部分(超過95％)的誤差來自于幾何影響，而不是電磁感應作用。在直升機吊艙姿態變化對電磁響應的影響研究中，只考慮幾何影響，而不考慮電磁感應作用，有力證實了姿態校正的研究意義。

王琦等人在發表于《地球物理學報》的文獻《固定翼航空電磁系統的線圈姿態及吊艙擺動影響研究與校正》中推導了任意姿態角度以及任意擺動角度情況下的固定翼航空電磁響應三分量計算表達式，仿真分析了三種角度同時存在情況下電磁響應的定量變化規律，給出了基于響應系數的固定翼航空電磁系統線圈姿態和擺動狀態校正方法。

陽貴紅《時域電性源地-空電磁探測數據預處理研究》中提出在對地空電磁數據處理時，利用插值法基線校正和小波多分辨率分析的基線校正算法來去除線圈運動噪聲。通過軟件算法對運動噪聲進行基線校正，只對晚期數據過零有所改善，但姿態變化影響整個衰減曲線，因此無法徹底解決線圈姿態變化帶來的問題。

以上所述系統公布了地空TEM接收系統組成及通過仿真分析、基線校正等方式解決地空電磁探測中線圈姿態變化引發的問題，現有地空TEM接收系統沒有記錄姿態信息，國內外專利還未涉及將MPU9250傳感器應用于地空TEM測量 系統。

發明內容

本發明的目的是為了解決在地空TEM測量系統中接收線圈姿態變化給測量系統數據采集及處理所帶來的問題，而提供的一種具有姿態記錄功能的地空TEM接收系統及測量方法。

本發明提供的具有姿態記錄功能的地空TEM接收系統包括接收線圈、前端電路、信號采集模塊、MPU9250姿態記錄模塊、主控制器和電源，其中接收線圈與前端電路的輸入端相連接，前端電路的輸出端與信號采集模塊相連接，信號采集模塊與主控制器相連接，MPU9250姿態記錄模塊也與主控制器相連接，電源為前端電路、信號采集模塊、MPU9250姿態記錄模塊和主控制器提供電能。

前端電路由帶有正向輸入端、反向輸入端的運放電路組成，其中接收線圈兩端分別與運放電路正向輸入端、反向輸入端相連接，運放電路正向輸出端與信號采集模塊正向輸入端相連接，運放電路反向輸出端與信號采集模塊反向輸入端連接。

信號采集模塊包括有A/D采集電路、數字隔離電路和時序控制電路，其中A/D采集電路的正向輸入端與前端電路正向輸出端相連接，A/D采集電路的反向輸入端與前端電路反向輸出端相連接，A/D采集電路的輸出端與數字隔離電路輸入端相連接，A/D采集電路還與時序控制電路相連接，數字隔離電路輸出端與主控制器相連接，A/D采集電路為24-Bit采集電路。