基于四旋翼飞行器的长导线源时域地空探测系统的研究与实现

本文介绍了一种以四旋翼飞行器为载体的时域地空电磁探测系统。该系统采用Cortex-M3内核处理器,以全差分模拟前端压制电磁干扰,实现了24位低噪声、多通道电磁数据同步采样及存储,实现了一套由四旋翼飞行器搭载的时域电磁接收系统,并通过Wi Fi Mesh网络来进行地面远程监控。该系统具有高效、低成本、勘探深度大和空间分辨率高等优点,为地质勘探提供了一种可靠的新方法。

汽车组合仪表有意电磁干扰空时域联合分离系统设计

有意电磁波与汽车仪器电磁传输波产生的混合干扰,降低了汽车组合仪表的稳定运行能力,造成仪表设备失灵;为避免上述情况的发生,设计汽车组合仪表有意电磁干扰空时域联合分离系统;在步进电机驱动电路中,设置汽车组合仪表控制器、分离电源与PCB电路板、有意电磁干扰数字传感器;分配有意电磁波空时域源地址,通过计算干扰信号平坦度的方式,确定脉冲参数的取值范围,实现汽车组合仪表有意电磁的空时域干扰效应分析;估算有意电磁波干扰信号的数目,按照信号分解的处理原则,求解联合分离修正函数,实现电磁干扰的联合分离;在设置频率范围在100 MHz~1 GHz之间、幅度范围为0.5~5 V、脉冲宽度范围为10~100 ns区间后,通过实验结果表明,设计系统应用后可以在混合信号中,按照空域、时域标准的不同分离有意电磁波,且分离后的信号波长、信号频率依然在1.0μm、300 Hz左右,不会因混合干扰降低汽车组合仪表的稳定运行能力。

基于扩频编码的电磁探测系统研究

输电线路下采空区易造成地表塌陷、地面不均匀沉降等灾害,对地表电力设施构成巨大威胁,对采空区进行有效勘探和评价,能够很大程度降低事故发生的概率。输电线路下采空区相较于一般采空区具有复杂的电磁环境,传统探测方法如高密度电法和瞬变电磁法一般采用加大发射功率的方法来提高信噪比,存在仪器笨重的问题,不利于野外探测。本文基于通信领域扩频编码技术,对发射信号频率进行扩宽处理并结合相关扩频算法,设计一套扩频编码电磁探测系统,该系统能够实现在不加大发射功率的情况下获得较强的抗干扰能力,从而提高探测效率和探测准确度。

时域电性源地空电磁系统在煤炭采空积水区勘查中的应用

为实现山区复杂地形条件下,对沁水盆地东南地区煤炭采空区及采空积水区的快速、精确勘查,采用时域电性源地空电磁法对上述区域进行地球物理勘查。时域地空电磁法采用地面发射空中接收的方式,在地面布设接地长导线源,利用大功率发射机向地下发射时域方波信号,在空中利用无人机搭载接收系统沿平行于发射源的预定航线进行飞行探测获取电磁信号和测点坐标信息,发射与接收的电磁数据通过GPS时钟进行同步。利用时域电性源地空电磁探测系统,采集到了信噪比高的电磁数据,同时开展了地空电磁基线校正方法、地空电磁噪声抑制方法及视电阻率成像方法的研究,进一步提升电磁数据的质量和成像分辨率。通过对时域电性源地空电磁数据和空间坐标信息进行处理获得反应测区地电信息时间的电性源地空电磁法视电阻率,结合已知地质信息进行解释,推断解释了煤炭采空区和采空积水区的空间分布特征。时域电性源地空电磁法在极大减少地面工作量的同时,兼顾了勘探深度,因此兼具航空电磁法快速高效和地面电磁法勘探深度大的特征。本次勘查表明:利用该系统开展地空电磁勘查,可以实现工作效率4~5倍的提升,且勘探效果与已知地质信息基本吻合,表明时域电性源地空电磁探测系统可以实现对煤炭采空区的快速、精确勘查。针对本次勘查的效果,可以预期时域电性源地空电磁探测系统将在复杂地形条件下的深部资源探测、环境、工程、灾害地质调查中发挥重要的作用。

老空水全空间瞬变电磁法探测三维数值模拟研究

为准确探测掘进工作面前方老空水赋存情况,采用三维时域有限差分法,对老空水的全空间瞬变电磁响应进行了数值模拟。结果表明:当发射回线法线与巷道掘进方向一致时,位于巷道掘进方向的老空水比两侧位置的磁场对时间导数曲线幅值更大,对应视电阻率曲线形态相同、极小值更低、响应时间更早;老空水距离巷道掘进工作面远近和体积大小不同,其磁场对时间导数曲线和对应视电阻率曲线特征与不同位置老空水响应特征相似,但前者视电阻率曲线极小值差异更明显。通过实际应用,其探测结果与后期钻探验证基本吻合,表明井下瞬变电磁法是探查老空水非常有效方法之一。

井下采空区时域不连续伽辽金法电磁正演

为了获取准确的井下采空区的地理信息,利用时域不连续伽辽金法(DGTD)和高阶叠层矢量基函数的特点,建立了井下采空区三维空间模型,研究了高阶叠层矢量基函数阶数对井下采空区电磁正演精度的影响,得到井下采空区电磁场强度的空间分布规律。井下采空区电磁正演模拟结果表明,采用2.5阶叠层矢量基函数的DGTD方法计算精度比传统低阶棱边基函数提高了74%,证明了该方法对复杂目标电磁特性研究的实用性,并能准确可靠地实现井下采空区地质结构的电磁探测。

地空瞬变电磁在积水采空区探测中的应用

神府东胜煤田地形条件较为复杂,小煤窑分布较多,留下的采空区积水对相邻现有煤矿造成较大的安全隐患,采用地空瞬变电磁对积水采空区进行勘探,不仅可以解决地形对施工的影响,而且可以提高工作效率。根据神府东胜侏罗系煤田纵向上整体具有"低阻—高阻—低阻"的地电特征,建立了K型地质模型,通过三维时域有限差分方法正演,研究了K型地质模型及其存在低阻体情况下的地空瞬变电磁法曲线形态特征,采用具有自适应功能的约束反演方法,获得了低阻体响应特征。将此应用于侏罗系煤田积水采空区的探测中,成功探测到低阻异常区2处,经钻探验证为积水采空区。

矿井老空水超前探测瞬变电磁响应特征

为提升瞬变电磁超前探测矿井老空水的准确性,通过建立掘进工作面前方不同位置的老空水模型,采用基于非均匀网格的三维时域有限差分法进行正演模拟,结合实例分析了全空间条件下老空水的瞬变电磁场响应特征。结果表明:存在老空水的区域瞬变电磁场响应曲线明显畸变,观测信号以老空水影响下的电磁场衰减信息为主;老空水距离发射源越近,磁场响应时间越早,法线方向的磁场分量低阻响应更强;采用多方向多角度的瞬变电磁观测系统有利于定位矿井老空水的空间位置和分布范围。

三分量地–孔瞬变电磁法积水采空区探测试验

孔中物探方法是近几年行业研究的热点,考虑到金属矿上应用较成熟的地–孔瞬变电磁法具有径向探测距离远,数据信号不易受地面电磁干扰影响等特点,将其应用到煤矿积水采空区探查领域。采用三维时域有限差分算法对钻孔不同方位的积水采空区模型的总场响应、异常响应进行了数值模拟,总场三分量对积水采空区反映明显,异常场三分量形态组合能判别异常体的方位。采用等效涡流原理,研究了利用异常场三分量来反演异常体的位置、倾角和规模等参数的空间定位算法。通过不同方位的理论模型测试,不同时刻的反演等效电流环大小、位置的组合能反应含水采空区的空间位置及规模。最后在陕北某矿针对已知含水采空区开展地–孔瞬变电磁法探测试验,采集的三分量信号光滑可靠,且异常反应明显,并对不同时刻的异常场三分量数据进行反演处理,反演结果与实际采空区位置和规模基本一致,证明该方法可作为煤矿钻孔中探查积水采空区的有效手段。

考虑发射电流波形的地–空瞬变电磁三分量响应研究

地–空瞬变电磁法在煤炭采空区勘探等领域受到了越来越多的关注,有必要研究发射电流波形参数对地–空瞬变电磁三分量响应特征影响,为地–空瞬变电磁数据处理与解释提供理论依据。以梯形波为例,首先,研究不同发射电流波形的频谱分布情况;然后,基于三维时域有限差分正演研究发射波形的上升沿时间、脉宽和关断时间对地–空瞬变电磁三分量磁场响应的影响。结果表明:上升沿时间对三分量二次场响应基本不产生影响;关断时间对三分量二次场响应的影响主要集中在0.2 ms之前,且关断时间越长对纯异常响应影响越大;脉宽对三分量二次场响应的影响主要集中在0.1 ms之后,且脉宽越短对纯异常响应影响越大。三维采空区模型结果表明:关断时间、脉宽对三分量异常场和背景场响应的影响特征基本一致;通过三分量纯异常场响应多测道图和时间道图可以判断异常体的分布范围和深度。研究成果可为地–空瞬变电磁激励源波形的参数选取提供有价值的理论借鉴。

地空瞬变电磁三维正演模拟及应用研究

煤矿井下工作面形成后,需要经过电磁法探测工作面顶底板及四邻的富含水情况,以保证回采工作安全进行,地空瞬变电磁三维正演研究可以提高探测的精度和效率。研究了地空瞬变电磁三维正演模拟的方法原理及相关理论,分析了关断时段和关断后的电磁响应特征,建立了半空间不含异常体、含有高阻异常体和含有低阻异常体的三维模型,对模型进行积分方程法和FDTD模拟,验证了积分方程法效率高、针对简单模型效果好,而FDTD更适用于复杂地质情况的高精度探测。模拟结果显示,关断时段的电磁响应对高阻异常体反应更明显,关断后的电磁响应对低阻异常体反应更明显。实际应用表明,全波形时域地空瞬变电磁响应三维有限差分数值模拟适用性强,对低阻异常体反应灵敏,探测精度和分辨率高,可为煤矿安全生产提供准确的地质资料,推广应用价值高。

激励信号类型及周期对线圈聚焦和检测深度的影响

激励信号类型与周期选取是影响瞬变电磁法(TEM)系统检测能力的重要因素。利用时域有限元积分方法对不同激励信号进行仿真,通过发射线圈磁场分布特性与同等深度处磁聚焦效果的对比、分析,确定激励信号类型;根据探测深度与灵敏度依赖于激励信号周期的特性,确定激励信号的最小周期。以此周期为下限,在不同周期下进行仿真,得到接收线圈回波信号变化图与同等深度处的磁通量变化曲线图,对比分析,最终确定周期为500 ms的矩形脉冲作为激励信号较为合适,更有利于磁场能量聚焦与传播的深度。最后对不同厚度的钢板进行仿真,分析回波信号与钢板厚度的关系,为实际瞬变电磁探测系统设计提供理论依据。

反舰导弹在未来反航母作战中的需求分析和发展对策

本文通过对现代航母编队反导防御能力的分析，结合当今世界反导技术的发展动态，讨论了反舰导弹在未来对抗航母编队作战中的需求问题，并提出了相应的发展对策建议。