[发明专利]一种航空混场源电磁探测系统及方法

权利要求书

1.一种航空混场源电磁探测系统，其特征在于，以直升机为运载工具，包括地面仪器和空中仪器，所述地面仪器包括电性源发射机、两个发射电极、地面站三分量接收传感器以及地面参考站，所述电性源发射机和发射电极位于同一直线上，所述地面参考站用于接收地面站三分量接收传感器采集的天然场三分量磁场数据；

所述空中仪器包括电性源接收机与辅助系统、电性源与天然场源接收线圈、磁性源发射机、接收机与辅助系统、补偿线圈、磁性源接收线圈、发射线圈和两套姿态测试仪，其中电性源接收机与辅助系统放置在直升机内，并携带电性源与天然场源接收线圈，与电性源发射机同时工作；所述磁性源发射机、接收机与辅助系统放置在直升机内，并携带补偿线圈、磁性源接收线圈、以及发射线圈，姿态测试仪分别设置在电性源与天然场源接收线圈和磁性源接收线圈上。

2.根据权利要求1所述的航空混场源电磁探测系统，其特征在于，地面站三分量接收传感器的Z轴传感器平行于大地布置并完全埋入，X、Y轴传感器分别为南北和东西走向。

3.根据权利要求1所述的航空混场源电磁探测系统，其特征在于，在地面，电性源发射机发射周期性双极性多频伪随机波，测区最远端和地面参考站均在电性源激发场影响范围内；在空中，磁性源发射机、接收机与辅助系统沿测线发射周期性双极性梯形或三角或正弦脉冲波，两套发射系统不同时工作。

4.根据权利要求1所述的航空混场源电磁探测系统，其特征在于，电性源发射机工作时电性源与天然场源接收线圈感应的信号用于深层大地探测；磁性源接收线圈感应的信号用于中浅层大地探测，两套接收系统沿相同测线进行独立测试，测区成像结果为两套数据的融合处理后得到。

5.一种航空混场源电磁探测方法，其特征在于，该方法包括：

根据探测目标及预期分辨率在测区等间距设计测线，重点勘测区域设计往返重复线，测区最远端、地面站三分量接收传感器与地面参考站均布置在电性源发射机工作时影响的范围内，系统工作时，地面参考站实时采集地面站三分量接收传感器感应产生的信号；

开启电性源发射机正常工作30分钟以上，并能在电性源与天然场源接收线圈和地面参考站处稳定观察到预设发射频率对应信号的条件下，开启姿态测试仪然后开始进行飞行；

在正常工作时，机舱内电性源接收机与辅助系统通过超过100m电缆采集电性源与天然场源接收线圈中电磁信号并利用时间戳的方式将从光纤中传输的GPS/北斗定位信息、雷达高度、气压高度与电磁数据进行绑定，电性源与天然场源接收线圈在沿着测线飞行的过程中，距离地面的高度超过100m；

飞行结束后，首先关闭空中系统并取出电磁及辅助信息数据，然后关闭姿态测试仪取出其中姿态数据，最后关闭电性源发射机，地面参考站分别取出其中电流和地面三分量电磁数据；

将空中系统替换成磁性源发射机、接收机与辅助系统、补偿线圈、磁性源接收线圈和发射线圈；

开始飞行前，使用地面电源供电，开启仪器设备并测试异常环响应与噪声，确定系统正常工作的情况下，开启姿态测试仪，在直升机开始稳定供电后断开地面电源切换成直升机电源供电，开始进行飞行，直升机返回本场时，以相同飞行高度，往返重复飞行以人工异常体或闭合的线圈为中心的测线；

飞行结束后，取出瞬变电磁系统收录的电磁数据和各种辅助信息、关闭姿态测试仪取出其中姿态数据；

对电性源与天然场源接收线圈感应的信号中与电性源发射相关频率提取出来；然后将天然场频率相关的频率与地面参考站信号进行倾子响应计算，进而计算视电阻率ρ_天然场、ρ_电；然后将同一测线上磁性源接收线圈感应的信号进行视电阻率计算，得到ρ_磁，进行最后的视电阻率成像。

6.根据权利要求5所述的航空混场源电磁探测方法，其特征在于，地面站三分量接收传感器的Z轴传感器平行于大地完全埋入，X、Y轴传感器分别为南北和东西走向。

7.根据权利要求5所述的航空混场源电磁探测方法，其特征在于，视电阻率成像还包括：

在同一地电模型下，分别采用电性源与天然场源激励、空中接收与磁性源收发一体的结构进行正演与视电阻率计算，得到对应的视电阻率ρ_天然场、ρ_电和ρ_磁；计算多种地形下理论电阻率，划分训练集和测试集，根据不同类型电阻率成像深度关系将三种视电阻率转换到深度域，之后对三种视电阻率进行主成分分析或模态分解，提取特征向量作为拟视电阻率，将拟视电阻率和大地模型参数分别作为输入和输出，训练神经网络，得到视电阻率成像模型；

将测量得到的视电阻率ρ_天然场、ρ_电和ρ_磁输入到视电阻率成像模型得到视电阻率成像。