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振动信号激光遥感获取研究

严博  
【摘要】:新疆地区地形复杂、地域宽广,拥有着种类丰富的矿物资源和油气资源,其储量在国内占据了举足轻重的地位。近年来,随着人们对矿藏资源需求量不断加大,易于勘探的矿藏物资源和油气资源已经得到开发和利用,但是形如高山、山林地带勘探难度较大,这为地下矿产资源的勘探带来了挑战。与此同时,传统地震勘探手段在速度和勘探效率方面表现得不尽人意。地震勘探技术多易受地形、地貌的影响,不能有效地保证获取信息的可靠性;卫星遥感勘探技术通过多光谱获得的地面蚀变信息、岩性信息和地质纹理构造信息只起到勘探辅助作用。因此,亟需对资源勘探技术进行改进,以适应当前矿产资源开发的需求。由于激光具有稳定的相干性、方向性和较高探测灵敏度、测量分辨率的特性,所以它可用于探测并获取地面目标振动的幅度、频率和相位等信息。因此本论文基于激光回波干涉机制提出了一种介于地震勘探(地面)和卫星遥感技术之间的激光遥感探测方案,并与地震检波器基本参数进行比较,从这一种角度验证了这种振动信号获取方式的可行性。具体研究内容如下:首先,通过对光纤耦合理论进行研究,提出了光纤耦合光路设计所遵循的基本方向,即将一定角度的发散光准直为近平行光,并进入到通光孔径为1.8mm GRIN光纤中,这为之后的激光遥感探测系统探测实验方案的可行性奠定了坚实的基础。其次,提出了激光遥感探测系统的探测总体实验方案,并研究了激光光信号与地面目标振动位移之间的关系、干涉仪输出的电信号幅度增量与接收光信号之间关系以及激光回波干涉原理,这为探测实验的具体展开和探测数据的分析提供了分析依据。最后,运用激光遥感探测系统对不同地面目标的振动情况进行了实地探测实验,结合推导的探测理论对探测数据进行了分析,并与传统商用地震检波器主要的参数-灵敏度进行比较,验证了探测方案的可靠性。实验表明,探测系统在30~600 Hz的低频和中频范围内灵敏度可达到19~98 V/cm/s,适用于30~4000 Hz的大范围地面目标振动频率,进一步推动激光遥感勘探技术的发展。


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