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第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2频率域电磁法仪器分类与特点 2

1.3国内外近地表探测技术进展 3

1.3.1国外近地表探测技术发展现状 3

1.3.2国内近地表探测技术发展现状 6

1.4新技术在电磁法仪器中的应用及其促进作用 7

1.4.1嵌入式技术 7

1.4.2模拟技术 8

1.4.3并行处理技术 8

1.4.4无线通信技术 9

1.4.5分布式近地表频率域电磁法仪器的发展趋势 9

1.5研究的内容与目标 9

1.5.1研究内容 9

1.5.2研究目标 10

第2章 便携式近地表频率域电磁法仪器基本原理 12

2.1便携式近地表频率域电磁法仪器感应原理 12

2.2接收线圈中一次场的消除 15

2.3便携式近地表频率域电磁法仪器观测参数 18

2.4便携式近地表频率域电磁法仪器线圈感应特性 19

2.5本章小结 27

第3章 观测系统信号检测技术研究 28

3.1 RFI滤波及小信号大动态范围放大技术 28

3.1.1 RFI滤波去除高频噪声 28

3.1.2前端放大关键器件选型 31

3.1.3仪表运放实现大动态范围差分输出 33

3.1.4二级放大的换挡设计 35

3.2中心处理平台的信号完整性研究与实现 39

3.2.1关键信号SI设计 39

3.2.2 PI分析与采取的措施 41

3.2.3关键信号仿真 42

3.2.4关键信号测试 48

3.3开机自检技术 51

3.3.1自检原理 51

3.3.2自检模型 52

3.3.3电路实现和参数分析 54

3.4采样时钟频率稳定技术 58

3.4.1时钟孔径不确定度误差分析 58

3.4.2时钟孔径不确定度误差要求 60

3.4.3压控恒温晶振跟踪PPS技术 60

3.5噪声抑制技术 65

3.5.1模拟低通滤波技术 65

3.5.2偶周期叠加技术 70

3.5.3∑ -Δ平均算法 71

3.6异常提取 73

3.6.1 FFT算法获取幅相特性 74

3.6.2 Goertzel算法获取幅相特性 76

3.6.3卷积获取幅相特性 79

3.6.4异常数据获取方法 79

3.7本章小结 80

第4章 观测系统数据实时预处理性能提升研究 81

4.1跨时钟域串行时钟数据实时传输实现方法 81

4.1.1数据采集的跨时钟域串行总线实时传输问题 82

4.1.2跨时钟域串行总线数据实时传输实现方法 85

4.1.3测试结果与分析 88

4.2 FPGA实时加权实现方法 90

4.2.1数据加权问题 91

4.2.2实时加权运算实现方法 91

4.2.3测试结果与性能比较 94

4.3分段实时抽取 96

4.4本章小结 97

第5章 便携式近地表频率域电磁法仪器样机设计与实现 98

5.1总体方案 98

5.1.1便携式近地表频率域电磁法仪器基本技术参数 98

5.1.2系统架构设计 99

5.2中心处理平台设计 102

5.2.1常用嵌入式处理器 103

5.2.2中心处理平台实现 105

5.2.3 FPGA选型 106

5.2.4 ARM选型 108

5.3线圈详细化设计 111

5.3.1发射线圈设计 112

5.3.2感应线圈设计 112

5.3.3空心线圈在仪器中的接法 113

5.4接收模块实现 114

5.4.1接收模块设计 114

5.4.2 ADC芯片选型 115

5.5发射模块实现 117

5.5.1发送模块设计 119

5.5.2主要器件选型 120

5.6其他模块实现 121

5.6.1北斗/GPS模块设计 121

5.6.2存储模块设计 122

5.6.3无线模块设计 122

5.6.4通用接口模块设计 123

5.7软件设计 124

5.7.1底层软件设计 124

5.7.2通用上层软件设计 124

5.8仪器样机软件升级方法的改进 128

5.8.1 FPGA固化程序更新对产品的可靠性影响 129

5.8.2 FPGA固化程序下载设计与实现 130

5.9电源优化设计 132

5.10本章小结 134

第6章 观测系统样机的野外试验与验证 135

6.1仪器样机电路可靠性测试 135

6.2野外试验环境 136

6.3仪器样机一致性试验 137

6.3.1一致性测试模型 138

6.3.2单点测深一致性实验 138

6.4单点多频异常探测试验 140

6.4.1单点多频异常探测模型 140

6.4.2单点测试试验 140

6.5异常探测试验 142

6.5.1填埋金属箱测试试验 142

6.5.2 埋藏钢钎测试试验 143

6.6试验总结 145

6.7本章小结 145

第7章 结论和建议 146

7.1结论 146

7.2下一步工作建议 147

参考文献 149