CN112068211A - 一种无人机半航空时间域电磁勘探系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，属于地球物理电磁勘探技术领域，其特征在于：包括地面大功率电磁场源发射子系统、半航空时间域电磁勘查观测子系统和数据处理解释软件子系统；地面大功率电磁场源发射子系统包括IGBT全桥、PWM控制电路、整流滤波电路和保护电路；半航空时间域电磁勘查观测子系统包括无人机、接收线圈和接收机；数据处理解释软件子系统包括系统功能模块和底层支撑模块，底层支撑模块，用于提供通用的功能函数给系统功能模块。本发明采用接地线源，相对容易布设，供入大地的电流较大，且探测深度较大，接收线圈平行电性源做蛇形线飞行，能保持每条测线的等偏移距，使数据处理和反演解释相对简单。
Description
技术领域
本发明涉及到地球物理电磁勘探技术领域，尤其涉及一种无人机半航空时间域电磁勘探系统。
背景技术
航空电磁法是一种具有速度快、应用范围广的地球物理勘探方法，主要采用直升机或固定翼飞机搭载发射和观测系统。航空电磁法是21世纪电磁勘探领域发展较快的一种探测方法，主要应用于大面积的区域地质勘查，安全风险系数高。随着无人机技术的不断成熟，为了适应相对较小面积的快速勘探，可以采用无人机作为平台搭载航空电磁探测设备。但是由于当前无人机受载荷能力和续航能力的限制，搭载的电磁设备重量有限。因此，一种新的航空电磁法被提出，即采用地面发射，无人机搭载接收线圈进行空中接收。这种方法又被称为半航空电磁法。相对传统的航空电磁法，半航空电磁法具有精度更高、实施方便、成本更低、安全性好的优点；同时相对传统的地面电磁法而言，半航空电磁法又具有勘探速度快的优点。半航空电磁法在地质调查、矿产资源勘查、环境监测领域具有广阔的应用前景。
公开号为CN 103576205A，公开日为2014年02月12日的中国专利文献公开了基于组合磁性源技术的地空瞬变电磁勘查方法，包括在地面上布置发射周期性双极性电流脉冲信号的磁性源，用线圈接收感生电动势瞬变信号，其特征在于：所述磁性源为4、6或8个，各磁性源间隔均匀的分布在以勘探目标区域为中心的一个圆周上；接收线圈载于无人机上，无人机在勘查目标区域上方飞行，采集各种组合源激励下的感生电动势瞬变响应数据，所述组合源是指由对称分布的几个或全部磁性源构成的激励源。
该专利文献公开的基于组合磁性源技术的地空瞬变电磁勘查方法，不仅磁性源在山区、湖泊、沼泽这些复杂地形区域难以布设，而且探测深度相对较浅；其发射机只能提供磁性源功率；接收线圈位置在蛇形线飞行中相对于磁性发射源来说，收发距离和接收信号的大小都在变化，数据处理难度很大。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，本发明采用接地线源，相对容易布设，供入大地的电流较大，且探测深度较大，接收线圈平行电性源做蛇形线飞行，能够保持每条测线的等偏移距，使得数据处理和反演解释相对简单。
本发明通过下述技术方案实现：
一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，其特征在于：包括地面大功率电磁场源发射子系统、半航空时间域电磁勘查观测子系统和数据处理解释软件子系统；所述地面大功率电磁场源发射子系统包括IGBT全桥、PWM控制电路、整流滤波电路和保护电路，形成大功率逆变发射电路；所述半航空时间域电磁勘查观测子系统包括无人机、吊挂于无人机的接收线圈和安装在无人机上的接收机；所述数据处理解释软件子系统包括系统功能模块和底层支撑模块，系统功能模块包括数据文件管理模块、预处理模块、正演模块、反演模块和成图模块，底层支撑模块包括数据文件IO模块、嵌入式数据库模块、通用数学库模块、通用信号处理库模块和2D/3D图形库模块；底层支撑模块，用于提供通用的功能函数给系统功能模块。
所述接收线圈为铜质导线绕制的空芯感应线圈，接收线圈包括线圈和与线圈两端连接的差分前置放大器，接收线圈用于检测勘查区地质体的电磁响应信号。
所述接收线圈通过尼龙带吊挂于无人机下方，尼龙带与接收线圈之间采用弹簧减震器连接。
所述接收机采用铝质金属壳体封装，接收机通过支架和气囊减震器安装于无人机下面。
所述接收机包括模拟信号调理模块、基于ADC和FPGA的信号采集模块、ARM嵌入式系统控制模块、GPS收发同步模块、CF卡存储模块、WIFI模块、姿态传感器和激光高度计，接收机用于对接收线圈检测的信号进行实时放大、滤波和存储。
所述模拟信号调理模块通过屏蔽导线与接收线圈的差分前置放大器连接，对接收到的微弱检测信号进行放大和高频干扰滤波，并转换成与ADC输入端匹配的电平；基于ADC和FPGA的信号采集模块在ARM嵌入式系统控制模块的秒同步脉冲控制下，每秒钟启动ADC采样，将模拟信号转换为数字信号并封装成帧，存入CF卡存储模块；GPS收发同步模块外接GPS天线，为接收机提供实时坐标和时间信息以及秒同步脉冲，WIFI模块用以连接手持终端，对接收机进行参数设置，姿态传感器贴装于接收线圈外壳，姿态传感器与接收线圈运动姿态保持一致，通过RS-485总线与接收机连接，激光高度计安装于无人机下面，激光高度计与无人机的机体水平面垂直，激光发射接收孔朝向地面，激光高度计用以测量无人机与地面的相对高度。
所述地面大功率电磁场源发射子系统的输出电流为50-100A，发射基频为1.25-200Hz，最大额定功率为30KW，输出电流稳定性小于±1％，关断时间小于20μs。
本发明的基本原理如下：
采用接地线源，两端挖深度约1米的坑，埋设多个铜极板或铝极板，将电流直接施加于探测区大地，由地面大功率电磁场源发射子系统向地下发射双极性方波电流，产生变化的电磁场，即一次场，以激发地下地质体，其感应涡流产生随时间变化的感应电磁场，即二次场；然后，采用无人机半航空时间域电磁勘查观测子系统同步接收和记录场源工作期间的电磁响应；最后，通过数据处理解释软件子系统提取二次场，并对二次场进行叠加、去噪和反演处理，从而达到探测目标体的目的。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
1、本发明是一种采用“地面发射、空中接收”方式的时间域电磁勘探系统，相对于地面时间域电磁系统和航空时间域电磁系统，具有作业方便、高效、探测范围大、信噪比高和空间分辨率好的特点；本发明采用接地线源，相对容易布设，供入大地的电流较大，且探测深度较大，接收线圈平行线源做蛇形线飞行，能够保持每条测线等偏移距，使得数据处理和反演解释相对更简单；本发明电磁勘探方法适合在山地、起伏地形和沼泽地进行探测，在寻找地下金属硫化物矿藏和地质工程快速勘查方面有明显优势和效果。
2、本发明，还适用于江河湖泊、城市大型垃圾场、滑坡体这些地形较复杂、人员难以到达的小面积区域的精细勘探，能够有效解决地下水、矿产、地质灾害及地下环境评价的多领域勘查问题，在保证具有较高探测精度的同时，又能快速的完成探测、处理与解释工作，能够解决较小面积范围内的快速勘探。
3、本发明，采用接地线源，两端挖深1米的坑，埋设铜极板或铝极板，将电流直接施加于探测区大地，作业条件容易满足，且探测深度较大；地面大功率发射机能够为阻性负载的电性源和感性负载的磁性源提供功率。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明：
图1为地面大功率电磁场源发射子系统的原理框图；
图2为接收机的电路原理框图；
图3为数据处理解释软件子系统的流程框图。
具体实施方式
实施例1
参见图1-图3，一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，包括地面大功率电磁场源发射子系统、半航空时间域电磁勘查观测子系统和数据处理解释软件子系统；所述地面大功率电磁场源发射子系统包括IGBT全桥、PWM控制电路、整流滤波电路和保护电路，形成大功率逆变发射电路；所述半航空时间域电磁勘查观测子系统包括无人机、吊挂于无人机的接收线圈和安装在无人机上的接收机；所述数据处理解释软件子系统包括系统功能模块和底层支撑模块，系统功能模块包括数据文件管理模块、预处理模块、正演模块、反演模块和成图模块，底层支撑模块包括数据文件IO模块、嵌入式数据库模块、通用数学库模块、通用信号处理库模块和2D/3D图形库模块；底层支撑模块，用于提供通用的功能函数给系统功能模块。
相对于地面时间域电磁系统和航空时间域电磁系统，具有作业方便、高效、探测范围大、信噪比高和空间分辨率好的特点；本发明采用接地线源，相对容易布设，供入大地的电流较大，且探测深度较大，接收线圈平行线源做蛇形线飞行，能够保持每条测线等偏移距，使得数据处理和反演解释相对更简单；本发明电磁勘探方法适合在山地、起伏地形和沼泽地进行探测，在寻找地下金属硫化物矿藏和地质工程快速勘查方面有明显优势和效果。
实施例2
参见图1-图3，一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，包括地面大功率电磁场源发射子系统、半航空时间域电磁勘查观测子系统和数据处理解释软件子系统；所述地面大功率电磁场源发射子系统包括IGBT全桥、PWM控制电路、整流滤波电路和保护电路，形成大功率逆变发射电路；所述半航空时间域电磁勘查观测子系统包括无人机、吊挂于无人机的接收线圈和安装在无人机上的接收机；所述数据处理解释软件子系统包括系统功能模块和底层支撑模块，系统功能模块包括数据文件管理模块、预处理模块、正演模块、反演模块和成图模块，底层支撑模块包括数据文件IO模块、嵌入式数据库模块、通用数学库模块、通用信号处理库模块和2D/3D图形库模块；底层支撑模块，用于提供通用的功能函数给系统功能模块。
所述接收线圈为铜质导线绕制的空芯感应线圈，接收线圈包括线圈和与线圈两端连接的差分前置放大器，接收线圈用于检测勘查区地质体的电磁响应信号。
所述接收线圈通过尼龙带吊挂于无人机下方，尼龙带与接收线圈之间采用弹簧减震器连接。
所述接收机采用铝质金属壳体封装，接收机通过支架和气囊减震器安装于无人机下面。
实施例3
参见图1-图3，一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，包括地面大功率电磁场源发射子系统、半航空时间域电磁勘查观测子系统和数据处理解释软件子系统；所述地面大功率电磁场源发射子系统包括IGBT全桥、PWM控制电路、整流滤波电路和保护电路，形成大功率逆变发射电路；所述半航空时间域电磁勘查观测子系统包括无人机、吊挂于无人机的接收线圈和安装在无人机上的接收机；所述数据处理解释软件子系统包括系统功能模块和底层支撑模块，系统功能模块包括数据文件管理模块、预处理模块、正演模块、反演模块和成图模块，底层支撑模块包括数据文件IO模块、嵌入式数据库模块、通用数学库模块、通用信号处理库模块和2D/3D图形库模块；底层支撑模块，用于提供通用的功能函数给系统功能模块。
所述接收线圈为铜质导线绕制的空芯感应线圈，接收线圈包括线圈和与线圈两端连接的差分前置放大器，接收线圈用于检测勘查区地质体的电磁响应信号。
所述接收线圈通过尼龙带吊挂于无人机下方，尼龙带与接收线圈之间采用弹簧减震器连接。
所述接收机采用铝质金属壳体封装，接收机通过支架和气囊减震器安装于无人机下面。
所述接收机包括模拟信号调理模块、基于ADC和FPGA的信号采集模块、ARM嵌入式系统控制模块、GPS收发同步模块、CF卡存储模块、WIFI模块、姿态传感器和激光高度计，接收机用于对接收线圈检测的信号进行实时放大、滤波和存储。
所述模拟信号调理模块通过屏蔽导线与接收线圈的差分前置放大器连接，对接收到的微弱检测信号进行放大和高频干扰滤波，并转换成与ADC输入端匹配的电平；基于ADC和FPGA的信号采集模块在ARM嵌入式系统控制模块的秒同步脉冲控制下，每秒钟启动ADC采样，将模拟信号转换为数字信号并封装成帧，存入CF卡存储模块；GPS收发同步模块外接GPS天线，为接收机提供实时坐标和时间信息以及秒同步脉冲，WIFI模块用以连接手持终端，对接收机进行参数设置，姿态传感器贴装于接收线圈外壳，姿态传感器与接收线圈运动姿态保持一致，通过RS-485总线与接收机连接，激光高度计安装于无人机下面，激光高度计与无人机的机体水平面垂直，激光发射接收孔朝向地面，激光高度计用以测量无人机与地面的相对高度。
还适用于江河湖泊、城市大型垃圾场、滑坡体这些地形较复杂、人员难以到达的小面积区域的精细勘探，能够有效解决地下水、矿产、地质灾害及地下环境评价的多领域勘查问题，在保证具有较高探测精度的同时，又能快速的完成探测、处理与解释工作，能够解决较小面积范围内的快速勘探。
实施例4
参见图1-图3，一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，包括地面大功率电磁场源发射子系统、半航空时间域电磁勘查观测子系统和数据处理解释软件子系统；所述地面大功率电磁场源发射子系统包括IGBT全桥、PWM控制电路、整流滤波电路和保护电路，形成大功率逆变发射电路；所述半航空时间域电磁勘查观测子系统包括无人机、吊挂于无人机的接收线圈和安装在无人机上的接收机；所述数据处理解释软件子系统包括系统功能模块和底层支撑模块，系统功能模块包括数据文件管理模块、预处理模块、正演模块、反演模块和成图模块，底层支撑模块包括数据文件IO模块、嵌入式数据库模块、通用数学库模块、通用信号处理库模块和2D/3D图形库模块；底层支撑模块，用于提供通用的功能函数给系统功能模块。
所述接收线圈为铜质导线绕制的空芯感应线圈，接收线圈包括线圈和与线圈两端连接的差分前置放大器，接收线圈用于检测勘查区地质体的电磁响应信号。
所述接收线圈通过尼龙带吊挂于无人机下方，尼龙带与接收线圈之间采用弹簧减震器连接。
所述接收机采用铝质金属壳体封装，接收机通过支架和气囊减震器安装于无人机下面。
所述接收机包括模拟信号调理模块、基于ADC和FPGA的信号采集模块、ARM嵌入式系统控制模块、GPS收发同步模块、CF卡存储模块、WIFI模块、姿态传感器和激光高度计，接收机用于对接收线圈检测的信号进行实时放大、滤波和存储。
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所述地面大功率电磁场源发射子系统的输出电流为50A，发射基频为1.25Hz，最大额定功率为30KW，输出电流稳定性小于±1％，关断时间小于20μs。
实施例5
参见图1-图3，一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，包括地面大功率电磁场源发射子系统、半航空时间域电磁勘查观测子系统和数据处理解释软件子系统；所述地面大功率电磁场源发射子系统包括IGBT全桥、PWM控制电路、整流滤波电路和保护电路，形成大功率逆变发射电路；所述半航空时间域电磁勘查观测子系统包括无人机、吊挂于无人机的接收线圈和安装在无人机上的接收机；所述数据处理解释软件子系统包括系统功能模块和底层支撑模块，系统功能模块包括数据文件管理模块、预处理模块、正演模块、反演模块和成图模块，底层支撑模块包括数据文件IO模块、嵌入式数据库模块、通用数学库模块、通用信号处理库模块和2D/3D图形库模块；底层支撑模块，用于提供通用的功能函数给系统功能模块。
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所述接收机包括模拟信号调理模块、基于ADC和FPGA的信号采集模块、ARM嵌入式系统控制模块、GPS收发同步模块、CF卡存储模块、WIFI模块、姿态传感器和激光高度计，接收机用于对接收线圈检测的信号进行实时放大、滤波和存储。
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所述地面大功率电磁场源发射子系统的输出电流为80A，发射基频为80Hz，最大额定功率为30KW，输出电流稳定性小于±1％，关断时间小于20μs。
采用接地线源，两端挖深1米的坑，埋设铜极板或铝极板，将电流直接施加于探测区大地，作业条件容易满足，且探测深度较大；地面大功率发射机能够为阻性负载的电性源和感性负载的磁性源提供功率。
实施例6
参见图1-图3，一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，包括地面大功率电磁场源发射子系统、半航空时间域电磁勘查观测子系统和数据处理解释软件子系统；所述地面大功率电磁场源发射子系统包括IGBT全桥、PWM控制电路、整流滤波电路和保护电路，形成大功率逆变发射电路；所述半航空时间域电磁勘查观测子系统包括无人机、吊挂于无人机的接收线圈和安装在无人机上的接收机；所述数据处理解释软件子系统包括系统功能模块和底层支撑模块，系统功能模块包括数据文件管理模块、预处理模块、正演模块、反演模块和成图模块，底层支撑模块包括数据文件IO模块、嵌入式数据库模块、通用数学库模块、通用信号处理库模块和2D/3D图形库模块；底层支撑模块，用于提供通用的功能函数给系统功能模块。
所述接收线圈为铜质导线绕制的空芯感应线圈，接收线圈包括线圈和与线圈两端连接的差分前置放大器，接收线圈用于检测勘查区地质体的电磁响应信号。
所述接收线圈通过尼龙带吊挂于无人机下方，尼龙带与接收线圈之间采用弹簧减震器连接。
所述接收机采用铝质金属壳体封装，接收机通过支架和气囊减震器安装于无人机下面。
所述接收机包括模拟信号调理模块、基于ADC和FPGA的信号采集模块、ARM嵌入式系统控制模块、GPS收发同步模块、CF卡存储模块、WIFI模块、姿态传感器和激光高度计，接收机用于对接收线圈检测的信号进行实时放大、滤波和存储。
所述模拟信号调理模块通过屏蔽导线与接收线圈的差分前置放大器连接，对接收到的微弱检测信号进行放大和高频干扰滤波，并转换成与ADC输入端匹配的电平；基于ADC和FPGA的信号采集模块在ARM嵌入式系统控制模块的秒同步脉冲控制下，每秒钟启动ADC采样，将模拟信号转换为数字信号并封装成帧，存入CF卡存储模块；GPS收发同步模块外接GPS天线，为接收机提供实时坐标和时间信息以及秒同步脉冲，WIFI模块用以连接手持终端，对接收机进行参数设置，姿态传感器贴装于接收线圈外壳，姿态传感器与接收线圈运动姿态保持一致，通过RS-485总线与接收机连接，激光高度计安装于无人机下面，激光高度计与无人机的机体水平面垂直，激光发射接收孔朝向地面，激光高度计用以测量无人机与地面的相对高度。
所述地面大功率电磁场源发射子系统的输出电流为100A，发射基频为200Hz，最大额定功率为30KW，输出电流稳定性小于±1％，关断时间小于20μs。
图1的地面大功率电磁场源发射子系统的原理框图中，包括大功率发电机组和大功率电磁场发射机两部分，大功率发电机组采用市场上成熟的三相AC380V或三相AC220V柴油或汽油发电机组即可。
无人机半航空时间域电磁勘探原理如下：
地面大功率电磁场源发射子系统输出双极性方波，利用接地线源向地下发送一次瞬变电磁场，激发地质体产生感应涡流，此感应涡流将产生随时间不断衰减的感应电磁场，称为二次场；在一次瞬变电磁场的关断间隙期间，通过半航空时间域电磁勘查观测子系统接收此二次场，通过数据处理解释软件子系统对二次场中电磁响应信息进行提取和分析，从而获得地质体的导电特性和空间形态。
Claims (7)
1.一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，其特征在于：包括地面大功率电磁场源发射子系统、半航空时间域电磁勘查观测子系统和数据处理解释软件子系统；所述地面大功率电磁场源发射子系统包括IGBT全桥、PWM控制电路、整流滤波电路和保护电路，形成大功率逆变发射电路；所述半航空时间域电磁勘查观测子系统包括无人机、吊挂于无人机的接收线圈和安装在无人机上的接收机；所述数据处理解释软件子系统包括系统功能模块和底层支撑模块，系统功能模块包括数据文件管理模块、预处理模块、正演模块、反演模块和成图模块，底层支撑模块包括数据文件IO模块、嵌入式数据库模块、通用数学库模块、通用信号处理库模块和2D/3D图形库模块；底层支撑模块，用于提供通用的功能函数给系统功能模块。
2.根据权利要求1所述的一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，其特征在于：所述接收线圈为铜质导线绕制的空芯感应线圈，接收线圈包括线圈和与线圈两端连接的差分前置放大器，接收线圈用于检测勘查区地质体的电磁响应信号。
3.根据权利要求1所述的一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，其特征在于：所述接收线圈通过尼龙带吊挂于无人机下方，尼龙带与接收线圈之间采用弹簧减震器连接。
4.根据权利要求1所述的一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，其特征在于：所述接收机采用铝质金属壳体封装，接收机通过支架和气囊减震器安装于无人机下面。
5.根据权利要求1所述的一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，其特征在于：所述接收机包括模拟信号调理模块、基于ADC和FPGA的信号采集模块、ARM嵌入式系统控制模块、GPS收发同步模块、CF卡存储模块、WIFI模块、姿态传感器和激光高度计，接收机用于对接收线圈检测的信号进行实时放大、滤波和存储。
6.根据权利要求5所述的一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，其特征在于：所述模拟信号调理模块通过屏蔽导线与接收线圈的差分前置放大器连接，对接收到的微弱检测信号进行放大和高频干扰滤波，并转换成与ADC输入端匹配的电平；基于ADC和FPGA的信号采集模块在ARM嵌入式系统控制模块的秒同步脉冲控制下，每秒钟启动ADC采样，将模拟信号转换为数字信号并封装成帧，存入CF卡存储模块；GPS收发同步模块外接GPS天线，为接收机提供实时坐标和时间信息以及秒同步脉冲，WIFI模块用以连接手持终端，对接收机进行参数设置，姿态传感器贴装于接收线圈外壳，姿态传感器与接收线圈运动姿态保持一致，通过RS-485总线与接收机连接，激光高度计安装于无人机下面，激光高度计与无人机的机体水平面垂直，激光发射接收孔朝向地面，激光高度计用以测量无人机与地面的相对高度。
7.根据权利要求1所述的一种无人机半航空时间域电磁勘探系统，其特征在于：所述地面大功率电磁场源发射子系统的输出电流为50-100A，发射基频为1.25-200Hz，最大额定功率为30KW，输出电流稳定性小于±1％，关断时间小于20μs。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220035062A1 (en) * | 2020-07-30 | 2022-02-03 | Chengdu University Of Technology | Semi-airborne Time Domain Electromagnetic Exploration System for Unmanned Aerial Vehicle |
| CN114460654A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-10 | 成都理工大学 | 基于l1l2混合范数的半航空瞬变电磁数据反演方法及装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114994777B (zh) * | 2022-04-27 | 2023-03-28 | 吉林大学 | 一种地空频率域电磁运动噪声主动抑制方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090212778A1 (en) * | 2008-02-25 | 2009-08-27 | Geotech Airborne Limited | Large airborne time-domain electromagnetic transmitter coil system and apparatus |
| CN103576205A (zh) * | 2013-11-17 | 2014-02-12 | 成都理工大学 | 基于组合磁性源技术的地空瞬变电磁勘查方法 |
| US20140312905A1 (en) * | 2013-04-22 | 2014-10-23 | Brent D. Wheelock | Reverse Semi-Airborne Electromagnetic Prospecting |
| CN105044781A (zh) * | 2015-06-04 | 2015-11-11 | 成都理工大学 | 产生同步瞬变电磁信号源的系统和方法 |
| US20160306066A1 (en) * | 2013-12-12 | 2016-10-20 | Geotech Airborne Limited | Electromagnetic surveying at low frequencies using an airborne transmitter with receivers on the ground |
| CN110007354A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-07-12 | 成都理工大学 | 无人机半航空瞬变电磁接收线圈飞行参数测量装置及方法 |
Family Cites Families (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7157914B2 (en) * | 2002-11-20 | 2007-01-02 | Edward Beverly Morrison | Airborne electromagnetic time domain system, computer product and method |
| US8674701B2 (en) * | 2008-02-25 | 2014-03-18 | Geotech Airborne Limited | Airborne electromagnetic transmitter coil system |
| CN102265187B (zh) * | 2008-12-23 | 2014-07-02 | 吉欧泰科航空物探有限公司 | 用于地球物理勘探的多接收器线圈系统 |
| CN102176063B (zh) * | 2011-02-21 | 2013-07-17 | 吉林大学 | 时间域航空电磁法一次场自抵消装置 |
| WO2012119254A1 (en) * | 2011-03-07 | 2012-09-13 | Geotech Airborne Limited | Monitoring the dipole moment vector of an airborne electromagnetic survey system |
| US20140012505A1 (en) * | 2011-03-31 | 2014-01-09 | Laurentian University Of Sudbury | Multi-component electromagnetic prospecting apparatus and method of use thereof |
| WO2013067624A1 (en) * | 2011-11-08 | 2013-05-16 | Fugro Canada Corp. | Airborne electromagnetic system with rigid loop structure comprised of lightweight modular non-rotational frames |
| WO2014056069A1 (en) * | 2012-10-12 | 2014-04-17 | Geotech Airborne Limited | Calibrated electromagnetic survey system |
| US10018745B2 (en) * | 2013-12-11 | 2018-07-10 | Geotech Ltd. | Monitoring the dipole moment vector of an airborne electromagnetic survey system |
| US9612354B2 (en) * | 2014-02-06 | 2017-04-04 | Cgg Services Sas | Geophysical survey system using hybrid aircraft |
| CN104237956B (zh) * | 2014-03-06 | 2017-07-04 | 长安大学 | 电性源瞬变电磁地空探测方法 |
| DK178049B1 (en) * | 2014-03-17 | 2015-04-13 | Selskabet Af 6 April 2010 Aps | Airborne Electromagnetic Survey System with Multiple Transmitter Arrangements |
| CN104597506B (zh) * | 2015-01-26 | 2017-03-29 | 吉林大学 | 频率域地空电磁勘探方法 |
| US20160282498A1 (en) * | 2015-03-27 | 2016-09-29 | Cgg Services Sa | Apparatus and method for calculating earth's polarization properties from airborne time-domain electromagnetic data |
| CN104865608B (zh) * | 2015-05-22 | 2017-07-14 | 吉林大学 | 时间域航空电磁法运动噪声检测装置及抑制方法 |
| CA2996023C (en) * | 2015-09-02 | 2023-12-12 | Cgg Services Sa | Apparatus and method for determining earth's near-surface properties with on-time measurements from airborne time-domain electromagnetic data |
| CN105353428B (zh) * | 2015-12-11 | 2017-08-22 | 吉林大学 | 一种地面参考区磁场延拓的地空协同电磁数据校正方法 |
| CN107290794A (zh) * | 2017-06-21 | 2017-10-24 | 吉林大学 | 一种时间域航空电磁探测系统接收线圈运动噪声的数值仿真方法 |
| CN109061747B (zh) * | 2018-07-13 | 2020-02-21 | 北京工业大学 | 一种航空电磁发射装置及方法 |
| CN109085652B (zh) * | 2018-08-03 | 2019-12-06 | 吉林大学 | 基于改进迭代法的地空时间域电磁系统高精度下延拓方法 |
| CN110376651B (zh) * | 2019-06-20 | 2020-11-24 | 成都理工大学 | 基于水平双极电流源的时频电磁装置及地球物理勘探方法 |
| EP4085273A4 (en) * | 2019-12-31 | 2024-01-17 | Research Foundation Of The City University Of New York | DEVICE AND METHOD FOR DETECTING FLIGHT OBJECTS USING WAVEFORM ANALYSIS OF REFLECTED AND SCATTERED ELECTROMAGNETIC RADIATIONS |
| CN112068211A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-12-11 | 成都理工大学 | 一种无人机半航空时间域电磁勘探系统 |
| CN112068212A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-12-11 | 成都理工大学 | 一种无人机半航空时间域电磁探测数据分析解释方法 |
| CN112990146B (zh) * | 2021-05-06 | 2021-07-27 | 成都理工大学 | 一种基于无人机的石油管线巡检异常隐患智能识别方法 |
| CN114114429B (zh) * | 2021-11-23 | 2023-06-16 | 东华理工大学 | 一种地空频率倾子测深勘探装置和方法 |
| CN114460654B (zh) * | 2022-02-22 | 2022-10-14 | 成都理工大学 | 基于l1l2混合范数的半航空瞬变电磁数据反演方法及装置 |
| CN115375833A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-11-22 | 华能伊敏煤电有限责任公司 | 一种3d可视化方式实现热电厂生产流程的方法 |
-
2020
- 2020-07-30 CN CN202010750097.3A patent/CN112068211A/zh active Pending
-
2021
- 2021-06-16 US US17/349,058 patent/US20220035062A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090212778A1 (en) * | 2008-02-25 | 2009-08-27 | Geotech Airborne Limited | Large airborne time-domain electromagnetic transmitter coil system and apparatus |
| CN101981469A (zh) * | 2008-02-25 | 2011-02-23 | 吉欧泰科航空物探有限公司 | 空中电磁发送器线圈系统 |
| US20140312905A1 (en) * | 2013-04-22 | 2014-10-23 | Brent D. Wheelock | Reverse Semi-Airborne Electromagnetic Prospecting |
| CN103576205A (zh) * | 2013-11-17 | 2014-02-12 | 成都理工大学 | 基于组合磁性源技术的地空瞬变电磁勘查方法 |
| US20160306066A1 (en) * | 2013-12-12 | 2016-10-20 | Geotech Airborne Limited | Electromagnetic surveying at low frequencies using an airborne transmitter with receivers on the ground |
| CN105044781A (zh) * | 2015-06-04 | 2015-11-11 | 成都理工大学 | 产生同步瞬变电磁信号源的系统和方法 |
| CN110007354A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-07-12 | 成都理工大学 | 无人机半航空瞬变电磁接收线圈飞行参数测量装置及方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| TORU MOGI，等: "Grounded electrical-source airborne transient electromagnetic (GREATEM) survey of Mount Bandai,north-eastern Japan", 《EXPLORATION GEOPHYSICS》 * |
| 嵇艳鞠，等: "无人飞艇长导线源时域地空电磁勘探系统及其应用", 《地球物理学报》 * |
| 张良: "半航空瞬变电磁接收机研制", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 * |
| 李琳琳: "半航空瞬变电磁发射机关键技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库》 * |
| 熊盛青: "《航空地球物理综合探测理论技术方法装备应用》", 31 December 2018 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220035062A1 (en) * | 2020-07-30 | 2022-02-03 | Chengdu University Of Technology | Semi-airborne Time Domain Electromagnetic Exploration System for Unmanned Aerial Vehicle |
| CN114460654A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-10 | 成都理工大学 | 基于l1l2混合范数的半航空瞬变电磁数据反演方法及装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| US20220035062A1 (en) | 2022-02-03 |
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