地空电磁接收线圈姿态多信息记录系统的研制

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1、分类号：TH763单位代码：10183研究生学号：2015552057密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）地空电磁接收线圈姿态多信息记录系统的研制DevelopmentofMulti-InformationRecordingSystemforGREATEMReceivingCoil作者姓名：刘锡洋专业：电工理论与新技术研究方向：电磁仪器研究指导教师：栾卉副教授培养单位：仪器科学与电气工程学院2018年6月—————————————————————————————————地空电磁接收线圈姿态多信息记录系统

2、的研制—————————————————————————————————DevelopmentofMulti-InformationRecordingSystemforGREATEMReceivingCoil作者姓名：刘锡洋专业名称：电工理论与新技术指导教师：栾卉副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2018年5月27日摘要地空电磁接收线圈姿态多信息记录系统的研制时域地空电磁法是发射系统在地面，接收系统搭载在空中飞行平台上，对地下电性结构实现快速、高效勘探的探测方法。探测过程中接收线圈是在空中进行作业，容易受外界

3、因素等影响导致其姿态发生变化，给测量的二次场电磁数据带来姿态误差，影响勘探效果。为此，除采集常规电磁信号外还需记录线圈姿态角（俯仰角、滚转角、偏航角）以及GPS信息等构成的多项信息；而探测过程中每一时刻都对应着具体测点，需要实现对应时刻的姿态角快速、精准解算，并将以上多信息通过GPS秒脉冲同步，通过同步的姿态数据对电磁信号姿态校正，从而使后期数据解释结果更为精确。当前，大多数关于线圈姿态研究局限于姿态变化对电磁响应影响的理论分析、数值计算和建模仿真。目前并没有针对地空电磁探测的具有姿态采集记录功能的接收系统。

4、针对以上问题，本文设计并实现了应用于地空电磁探测的接收线圈姿态多信息记录系统，主要研究内容如下：1）基于时域地空电磁探测工作原理，计算了长导线源的电磁响应，并通过Matlab对姿态变化时的电磁响应进行了仿真，提出了地空电磁接收线圈姿态多信息记录系统总体设计；2）对比分析方向余弦法、欧拉角法和四元数法三种线圈姿态解算方法；结合陀螺仪、加速度计和磁强计三种测姿传感器工作特性，制定了多传感器组合的测量方案；并针对线圈姿态采集系统中传感器测量时存在不可避免的误差，通过卡尔曼滤波算法进行数据融合，提出了基于卡尔曼滤波的

5、线圈姿态误差补偿技术，并对比验证了其可行性；3）针对接收线圈姿态多信息记录系统的应用需求，从基于多传感器组合的线圈姿态采集电路设计、电磁信号采集调理电路设计与器件选型、基于多进程优先级的数据采集存储技术、基于GPS的多信息同步技术，以上四个方面实现了接收线圈姿态多信息记录系统的电路设计；4）基于MatlabGUI的软件平台完成了多信息数据预处理软件的设计，完成了姿态采集子系统的标定、线性度、稳定度测试，还对电磁信号采集子系统进行了常规性能指标测试，并在野外完成了实际应用实验，证明了整套系统的实用性以及可靠性。

6、关键词：线圈姿态，多传感器测姿，卡尔曼滤波，多信息同步与存储IAbstractDevelopmentofMulti-InformationRecordingSystemforGREATEMReceivingCoilThetime-domaingroundelectricalsourceairbornetransientelectromagneticmethod(GREATEM)isarapidandefficientmethodofdetectingtheundergroundelectricalstruct

7、urebyusingthetransmittingsystemplacedonthegroundandthereceivingsysteminstalledonanairborneplatform.SincethereceivingcoiloftheGREATEMsystemisoperatedintheairduringthemeasurementprocess,itiseasilyaffectedbythespeedoftheaircraft,thebumpingoftheaircraft,theturb

8、ulence,etc.Theattitudechangesoftheaircraftbringanattitudeerrortothemeasuredsecondaryfieldelectromagneticdataandfurtheraffectstheexplorationeffect.Therefore,besidescollectingconventionalelectromagnetics