[发明专利]一种具有姿态记录功能的地空TEM接收系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地空TEM接收系统及测量方法，特别涉及一种具有姿态记录功能的地空TEM接收系统及测量方法。

背景技术

当前，时间域瞬变电磁法(Time-domain Electromagnetic，简称TEM)是一种基于电磁感应原理的地球物理探测方法，根据接收机接收到的二次场的大小及衰减特性来分析地下介质的分布情况。接收系统决定二次场数据的接收质量，而二次场数据接收质量是探测效果好坏的关键因素。

地空TEM系统采用地面发射、空中接收的工作方式，在飞行过程中，接收线圈抖动姿态时刻变化，在测量数据中引发接收分量方向、系统收发距等参数误差，影响数据反演效果。地空TEM探测中为提高信噪比，常采用六旋翼飞行器挂载接收线圈实现低空近地飞行，但其载重有限制，常规适用于航空TEM中的高精度惯性导航传感器由于体积重量较大，不再适用于地空TEM探测；而通过软件基线校正进行处理，虽然算法上容易实现，但实际处理效果精度较低。

中国专利CN102096113B公开了一种时间域地空电磁探测系统及标定方法该系统由地面记录装置GPS同步单元连接的感应信号记录装置、闭合异常环、数据质量评价系统和时间域地空电磁探测系统的标定方法构成。在测量时，通过去除大地背景场数据，提取含几何误差的纯闭合异常环电磁信号，输入数据质量评价系统，与计算的闭合异常环理论值进行比较、拟合，确定系统误差、几何参数误差以及时间域地空电磁探测系统的探测分辨率，实现电磁探测系统性 能的测试和标定，未涉及地空电磁信号线圈姿态问题及解决方案。

中国专利CN201380075951.9公开了一种用于姿态校正的系统和方法，该系统包括：陀螺仪传感器、加速度传感器、磁力计传感器，姿态模块、校正模块。该发明实现了能够检测电子设备的加速度和姿态，用加速度来计算姿态校正。用所计算的姿态校正来校正所检测的电子设备的姿态，但并未涉及地空电磁信号问题及解决方案。

Yin等(2004a)研究发现，在一般情况下，机载电磁系统因姿态变化所引起的大部分(超过95％)的误差来自于几何影响，而不是电磁感应作用。在直升机吊舱姿态变化对电磁响应的影响研究中，只考虑几何影响，而不考虑电磁感应作用，有力证实了姿态校正的研究意义。

王琦等人在发表于《地球物理学报》的文献《固定翼航空电磁系统的线圈姿态及吊舱摆动影响研究与校正》中推导了任意姿态角度以及任意摆动角度情况下的固定翼航空电磁响应三分量计算表达式，仿真分析了三种角度同时存在情况下电磁响应的定量变化规律，给出了基于响应系数的固定翼航空电磁系统线圈姿态和摆动状态校正方法。

阳贵红《时域电性源地-空电磁探测数据预处理研究》中提出在对地空电磁数据处理时，利用插值法基线校正和小波多分辨率分析的基线校正算法来去除线圈运动噪声。通过软件算法对运动噪声进行基线校正，只对晚期数据过零有所改善，但姿态变化影响整个衰减曲线，因此无法彻底解决线圈姿态变化带来的问题。

以上所述系统公布了地空TEM接收系统组成及通过仿真分析、基线校正等方式解决地空电磁探测中线圈姿态变化引发的问题，现有地空TEM接收系统没有记录姿态信息，国内外专利还未涉及将MPU9250传感器应用于地空TEM测量 系统。

发明内容

本发明的目的是为了解决在地空TEM测量系统中接收线圈姿态变化给测量系统数据采集及处理所带来的问题，而提供的一种具有姿态记录功能的地空TEM接收系统及测量方法。

本发明提供的具有姿态记录功能的地空TEM接收系统包括接收线圈、前端电路、信号采集模块、MPU9250姿态记录模块、主控制器和电源，其中接收线圈与前端电路的输入端相连接，前端电路的输出端与信号采集模块相连接，信号采集模块与主控制器相连接，MPU9250姿态记录模块也与主控制器相连接，电源为前端电路、信号采集模块、MPU9250姿态记录模块和主控制器提供电能。

前端电路由带有正向输入端、反向输入端的运放电路组成，其中接收线圈两端分别与运放电路正向输入端、反向输入端相连接，运放电路正向输出端与信号采集模块正向输入端相连接，运放电路反向输出端与信号采集模块反向输入端连接。

信号采集模块包括有A/D采集电路、数字隔离电路和时序控制电路，其中A/D采集电路的正向输入端与前端电路正向输出端相连接，A/D采集电路的反向输入端与前端电路反向输出端相连接，A/D采集电路的输出端与数字隔离电路输入端相连接，A/D采集电路还与时序控制电路相连接，数字隔离电路输出端与主控制器相连接，A/D采集电路为24-Bit采集电路。