基于一次场弱耦合车载瞬变电磁地下空间探测系统及方法

技术特征：
1.一种一次磁场弱耦合车载瞬变电磁地下空间探测系统，包括：发射子系统，被配置成用于发出设定频率和幅值的电流脉冲信号；收发线圈子系统，包括：圆形发射线圈，用于载入所述电流脉冲信号后激发生成一次磁场信号，所述一次磁场信号作用于地下空间后生成包括地下目标信息的二次磁场信号；两个圆形接收线圈，分别设置于所述发射线圈的上下两侧，用于接收所述二次磁场信号的z分量感应信号并抵消一次磁场信号的z分量感应信号的干扰；x分量矩形接收线圈，垂直于所述发射线圈所在的平面设置，用于接收所述二次磁场信号的x分量感应信号并排除一次磁场信号的干扰；以及y分量矩形接收线圈，与所述x分量矩形接收线圈垂直交叉且与所述发射线圈所在的平面垂直设置，用于接收所述二次磁场信号的y分量感应信号并排除一次磁场信号的干扰；以及接收子系统，用于对所述电流脉冲信号、二次磁场信号的x分量感应信号、y分量感应信号、z分量感应信号进行同步采集并处理得到地下目标探测信息。2.根据权利要求1所述的探测系统，所述电流脉冲信号为双频脉冲信号，每个循环的发射波形包括大电流低频矩形脉冲和小电流高频矩形脉冲。3.根据权利要求1所述的探测系统，两个圆形接收线圈与所述发射线圈半径相同，两个圆形接收线圈所在平面与所述圆形发射线圈所在平面平行，并且对称设置于发射线圈的上下两侧。4.根据权利要求1所述的探测系统，所述的发射子系统包括：dc-dc电流转换电路、发射系统主控模块、主控驱动模块、关断边沿钳位电路、mosfet逆变电路、阻尼电路、电流采集电路；其中：所述dc-dc电流转换电路与直流供电设备相连，用以实现直流供电电压转换，分别对发射系统主控模块、主控驱动模块、以及mosfet逆变电路进行供电；所述发射系统主控模块是发射子系统的控制中心，用于接收发射指令并控制发射时序和电流脉冲信号大小，并结合同步模块实现发射子系统和接收子系统的同步；所述主控驱动模块受发射系统主控模块控制，在主控模块提供发射参数后，控制mosfet逆变电路产生特定频率和幅度的电流脉冲信号；所述关断边沿钳位电路受发射系统主控模块控制，在主控模块提供发射参数后，对mosfet逆变电路产生的电流脉冲信号波形的关断边沿进行整形，提高关断边沿的线性度并降低关断时间；所述mosfet逆变电路用以产生设定频率和幅值的电流脉冲信号，并载入到圆形发射线圈；所述阻尼电路连接mosfet逆变电路，用于有效吸收回路的高次谐波，防止产生自激振荡并对mosfet逆变电路起到保护作用；所述电流采集电路包括霍尔器件和调理电路，所述电流采集电路用以实现电流脉冲信号的信号转换和调理；所述同步模块连接发射子系统和接收子系统，用于实现发射子系统和接收子系统的同步。
5.根据权利要求1所述的探测系统，所述接收子系统包括：dc-dc电流转换电路、接收系统主控模块、运放器、前置放大滤波电路模块、adc数据采集电路；其中：所述dc-dc电流转换电路与直流供电设备相连用以实现直流供电电压转换，分别对接收系统主控模块、前置放大滤波电路模块，adc数据采集电路和数据传输模块供电；所述接收系统主控模块是接收子系统的控制中心，用于控制接收子系统的数据采集、存储和传输等操作；所述运放器连接至两个圆形接收线圈，用以对由两个圆形接收线圈分别输入的z分量感应信号进行差分运算，使得两个接收线圈感应信号中的一次磁场干扰相互抵消，得到二次磁场信号的z分量感应信号；所述前置放大滤波电路模块包括：第一前置放大滤波电路，与所述运放器相连，用于对二次磁场信号的z分量感应信号进行放大、滤波处理；第二前置放大滤波电路，与x分量矩形接收线圈相连，用于对二次磁场信号的x分量感应信号进行放大、滤波处理；以及第三前置放大滤波电路，与y分量矩形接收线圈相连，用于对二次磁场信号的y分量感应信号进行放大、滤波处理；以及所述adc数据采集电路包括多个通道，在接收系统主控模块提供采集参数后，对电流脉冲信号，以及放大、滤波后的x分量感应信号、y分量感应信号、z分量感应信号进行同步数据采集。6.根据权利要求5所述的探测系统，还包括：数据存储模块，数据传输模块；其中：所述数据存储模块用以对数据进行储存；所述数据传输模块用以传输控制指令和数据，并实现控制指令和数据的上传、下载和删除操作。7.根据权利要求1所述的探测系统，还包括：非金属拖曳平台，用于承载收发线圈子系统，接收子系统；牵引车，通过铰接杆与所述非金属拖曳平台相连，用于承载发射子系统并牵引所述非金属拖曳平台在探测线路上行进。8.根据权利要求7所述的探测系统，还包括：数据监控中心，设置于牵引车上，被配置用于为接收子系统提供控制指令，并接收其反馈指令，还可以实现电流脉冲信号、x分量感应信号、y分量感应信号、z分量感应信号的采集数据的实时显示、上传、下载操作，进而实现远程人机交互和数据的远程监控。9.一种基于一次磁场弱耦合车载瞬变电磁地下空间探测方法，通过权利要求1-8任一项所述的探测系统进行探测，所述探测方法包括：操作s1：通过发射子系统发出设定频率和幅值的电流脉冲信号；操作s2：通过圆形发射线圈载入所述电流脉冲信号后激发生成一次磁场信号，所述一次磁场信号作用于地下空间后生成包括地下目标信息的二次磁场信号；操作s3：通过两个圆形接收线圈，分别接收所述二次磁场信号的z分量感应信号并抵消一次磁场信号的z分量感应信号的干扰；操作s4：通过x分量矩形接收线圈接收所述二次磁场信号的x分量感应信号并排除一次
磁场信号的干扰；操作s5：通过y分量矩形接收线圈接收所述二次磁场信号的y分量感应信号并排除一次磁场信号的干扰；以及操作s6：通过接收子系统对所述电流脉冲信号、二次磁场信号的x分量感应信号、y分量感应信号、z分量感应信号进行同步采集并处理得到地下目标探测信息。10.根据权利要求9所述的探测方法，其中：操作s3中，将两个圆形接收线圈分别固定于圆形发射线圈上下两侧后，上下调整圆形发射线圈的位置使得实时观测到的z分量差分感应信号幅度不大于系统背景噪声幅度，从而确定发射线圈位置；操作s4中，将x分量矩形接收线圈垂直于所述发射线圈所在的平面设置，并进行微调使得实时观测到的x分量差分感应信号幅度不大于系统背景噪声幅度，从而确定x分量矩形接收线圈位置；操作s5中：将y分量矩形接收线圈与x分量矩形接收线圈垂直交叉并垂直于所述发射线圈所在的平面设置，并进行微调使得实时观测到的y分量差分感应信号幅度不大于系统背景噪声幅度，从而确定y分量矩形接收线圈位置。

技术总结
提供一种基于一次场弱耦合车载瞬变电磁地下空间探测系统及方法，探测系统包括：发出设定电流脉冲信号的发射子系统；收发线圈子系统，包括：圆形发射线圈载入电流脉冲信号后激发生成一次磁场信号，一次磁场信号作用于地下空间后生成二次磁场信号；两个圆形接收线圈，分别设置于发射线圈的上下两侧，用于接收二次磁场信号的z分量感应信号并抵消一次磁场信号的干扰；x分量矩形接收线圈垂直于发射线圈所在的平面设置，用于接收二次磁场信号的x分量感应信号；y分量与x分量矩形接收线圈垂直交叉且与发射线圈垂直设置，用于接收二次磁场信号的y分量感应信号；以及接收子系统，用于对三分量感应信号进行同步采集并处理得到地下目标探测信息。探测信息。探测信息。


技术研发人员：刘丽华 柯振 姜龙斌 晏使楚 赵子杨 刘小军 方广有 纪奕才
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：2022.09.05
技术公布日：2022/11/15