SLF/ELF观测系统研究及应用

【摘要】：经过广泛而深入的调研,作者深刻地认识到大功率、人工源的超低频/极低频电磁波技术已经成为当今国际地球物理学界所瞩目的一个新兴的研究领域,并在地震监测预报、矿产资源勘探、核废料处理以及环境保护等方面具有广泛的应用前景。但是,在我国,目前人工源的超低频/极低频电磁波发射台的研究刚刚起步,还没有相应的超低频/极低频观测系统。本论文正是针对观测系统的研究而开展。经过详细、深入的研究,论文获得了以下的研究成果: 1、研究总结了人工源超低频/极低频电磁信号接收的关键技术。人工源的超低频/极低频电磁信号观测系统的主要功能是在强干扰背景下接收、检测人工源超低频/极低频发射台发射的单一频率的信号,其关键在于采用相关检测技术和提高频谱分析的频率分辨率,最终提高信噪比。 2、实现了对人工源超低频/极低频微弱信号的准确检测。虽然人工源的超低频/极低频发射台发射的信号功率很大,但经过远距离的传播后,功率会变得很小,从而被淹没在强背景噪声中,使得信号的信噪比很低。传统的检测方法对于这种微弱信号检测有很大困难,不适合于超低频/极低频观测系统。因此本项研究中采用了相关检测技术,通过软件完成互相关算法,在不增加设备硬件的情况下,实现了强背景噪声下人工源的超低频/极低频电磁波信号的检测。 3、编写了应用于观测系统的频率细化计算处理软件。鉴于采用常规的FFT方法进行频谱分析时,如果频率分辨率要求较高,则运算量和存储量会显著增加的问题,论文中采用了基于复调制的频率细化技术,编写了应用于观测系统的频率细化计算处理软件,大大减少了FFT运算量和存储量,取得了很好的应用效果。 4、研究分析了发射台信号频率抖动对观测精度的影响。通过数值模拟方法,研究分析了发射台信号频率抖动对观测精度的影响。据此,在观测精度要求一定时,可确定对发射信号频率稳定度的要求,或在发射信号频率稳定度已知时,可估计出信号的实际的观测精度。 5、设计并研制了高灵敏度的感应式磁传感器。传统的感应式磁传感器(灵敏度约为100μV/nT)无法满足超低频/极低频观测的精度要求,论文在分析观测系统要求和功能的基础上,总结、分析了感应式磁传感器的设计理论,并提出了一系列设计原则和方法,成