半航空电磁倾子散度探测人工场源激励方法研究

Tipper divergence is an important parameter in detection process of the ZTEM system. It has the advantages of fast imaging speed and strong target identification ability. However, due to the characteristics of natural source, ZTEM detection still has some problems, such as weak signal, limited bandwidth, and cumbersome system. Therefore, this project proposes a new semi-airborne electromagnetic tipper divergence detection method based on artificial sources, and designs the sources by using a polarization mode separation method. Thus, we can enhance the signal, expand the bandwidth, reduce the weight of the system, and improve the spatial resolution of underground survey. For the difference of application conditions, the project focuses on the study of the mechanism of the influence of the source variation on the tipper divergence, and solves the core problem that how to control the source to make the tipper divergence obtain high resolution detection results. Starting from the three-dimensional numerical simulation of the semi-airborne frequency domain electromagnetic fields, this project analyzes the response characteristics of the tipper divergence, determines the recognition mechanism of abnormal objects, analyzes the relationship between the tipper divergence and the field source, and finally builds a field source excitation method to enhance the tipper divergence response features and realize the optimal design of field source parameters. This research provides a new field source design method for semi-airborne electromagnetic tipper divergence detection and a new approach for realizing large depth, high efficiency and high precision detection of underground space.

倾子散度是航空ZTEM系统探测的重要参数，具有成像速度快、目标识别能力强等优势。然而，受天然场源特性影响，ZTEM探测还存在着信号微弱、带宽受限、系统笨重等问题。为此，本项目提出一种基于人工场源激励的半航空电磁倾子散度探测方法，并采用极化模式分离的方式对场源进行设计，用于增强信号，拓展探测频带，降低系统重量，提高地下探测的空间分辨率。针对应用条件的变化，项目重点研究场源特性变化对倾子散度影响的机理，解决如何激励场源才能使倾子散度取得高分辨率探测效果这一核心问题。项目从半航空频域三维数值模拟出发，分析倾子散度响应特征及异常目标识别机理，明确倾子散度与场源之间的关系，构建倾子散度响应特征增强的场源激励方法，最终实现对场源参数的优化设计。本项目研究为半航空电磁倾子散度探测提供一种新的场源设计方法，同时也为实现地下空间大深度、高效率和高精度探测提供一种新的途径。

随着全球经济发展对矿产资源的迫切需求，复杂地形区深部矿产资源探测成为新的研究热点。基于倾子散度成像的航空ZTEM系统是复杂地形区深部矿产资源探测的有效途径，具有成像速度快、目标识别能力强等优势。然而，受天然场源特性影响，ZTEM探测还存在着信号微弱、带宽受限、系统笨重等问题。.为此，本项目提出一种基于人工场源激励的半航空电磁倾子散度探测方法，并采用极化模式分离的方式对场源进行设计，用于增强信号，拓展探测频带，降低系统重量，提高地下探测的空间分辨率。针对应用条件和激励场源的变化，项目重点研究场源特性变化对倾子散度影响的机理，解决如何激励场源才能使倾子散度取得高分辨率探测效果这一核心问题。项目从半航空频域三维数值模拟出发，分析倾子散度响应特征及异常目标识别机理，对比人工场源与天然场源倾子差异，明确倾子散度与场源之间的关系，构建倾子散度响应特征增强的场源激励方法，最终实现对场源参数的优化设计。项目研究结果表明正交场源激励的人工场源倾子散度探测方法具有具有信号稳定、频点可控、可测频点低等优势，因此具有更大深度探测的潜力。.项目执行期间，发表SCI论文3篇，EI论文1篇，获得授权发明专利1项，研制正交场源激励发射系统1套（2台），接收系统2套，开展野外实验与工程服务3次，培养博士研究生1名，硕士研究生5名。.本项目研究为半航空电磁倾子散度探测提供一种新的场源设计方法，同时也为实现地下空间大深度、高效率和高精度探测提供一种新的途径，在铁路公路隧道、矿产资源探测等领域发挥重要作用。特别是，项目所提方法极大地降低了采集系统的重量，使无人机探测成为可能，具有安全性高、可操作性强、分辨能力高、成本低等优势，特别适合于中小区域高精度大深度探测，具有广阔的应用前景。