作者 王明全 王远航 于志新 陶健 东北大学 核算机科学与工程学院(辽宁 沈阳 110819)
王明全(1973-)，博士，讲师，研讨方向：信号与信息处理。
摘要：本文介绍了一种以四旋翼飞翔器为载体的时域地空电磁勘探体系。该体系选用Cortex-M3内核处理器，以全差分模仿前端约束电磁搅扰，完成了24位低噪声、多通道电磁数据同步采样及存储，完成了一套由四旋翼飞翔器搭载的时域电磁接纳体系，并经过WiFi Mesh网络来进行地上长途监控。该体系具有高效、低本钱、勘探深度大和空间分辨率高级长处，为地质勘探供给了一种牢靠的新办法。
导言
地质勘探关于矿产资源的挖掘具有重要的指导意义，跟着年代的开展，勘探办法也在不断改进[1]。前期的地上时域电磁法尽管技能开展的比较老练，但勘探功率低下，且很难对特别地势进行勘探[2]。后来提出的航空时域电磁法尽管处理了地上时域电磁法的问题，可是本钱较高，勘探精度也不抱负。而新式的地空时域电磁规律很好地交融了前面两者的长处[2]，因而近些年被广泛研讨。而另一方面，近些年国内四旋翼飞翔器技能开展迅猛，运用也越来越广泛。针对以上布景，在参阅很多文献[3-14]后，着手规划并完成了一套以四旋翼飞翔器为载体的时域地空电磁勘探体系。该体系以四旋翼飞翔器作为载体，选用了全差分模仿前端进行电磁约束，并经过WiFi Mesh网络来进行地上长途监控，完成了24位低噪声、多通道电磁数据同步采样及存储。使得该体系高效、低本钱、勘探深度大且空间分辨率高。
1 体系全体计划
体系全体结构如图1所示。本体系由长导线发射源、接纳电路、空中数据收集、长途监控、数据传输、%&&&&&%A降噪、地上数据接纳及处理几部分构成。经过波形产生与功放电路，产生一个鼓励信号，送入发射用长导线，长导线长80m，发射电流5A。然后由坐落四旋翼上的接纳电路进行电磁信号接纳，并用机载单片机进行数据收集与贮存，最终经过长途数据传输网络将数据传给坐落地上的数据处理体系进行数据处理。
2 发射电路
波形产生电路：选用9833模块产生一个频率为18kHz的正弦波。
功率扩大电路：经过9833模块得到了较为抱负的信号波形，但此刻的信号输出才能较弱，需求进行功率扩大，以保证满意的输出电流，然后保证产生满意强壮的磁场。详细计划如图2所示。
3 接纳电路及信号预处理
从接纳线圈接纳到的信号十分弱小且含有很多噪声，需求进行滤波以及扩大等预处理。预处理计划如图3~图5所示。选用全差分运放驱动模数转化器具有共模按捺功能超卓、二阶失真产品较少、直流调整算法简略的长处，可有用应对飞翔器飞翔进程中产生的共模搅扰。
4 数据收集部分
选用三重量全差分接连收集存储技能[6]，在地空电磁接纳机中，为进步波形数据的传输功率，首要运用 GPIO口的位操作办法优化操控时序，削减时序中无数据传输的时刻，再使用DMA数据传输通道，然后缩短全体数据的传输时刻。时刻域电磁信号前期衰减敏捷且幅值大，晚期信号弱小。选用24位△∑结构的模数转化器ADSl274对信号进行数字采样，以保证不小于140 dB的动态规模，作业办法设置为三通道全差分输入，由一致时钟进行同步采样，完成三重量电磁信号收集。数据收集及飞控部分如图6所示。
5 体系供电电路
选用聚合物电池进行供电，用专门的电压转化芯片对电池电压进行转化然后满意数模转化器、模仿电路、处理器等模块的供电要求。计划如图7所示。
6 长途监控及数据传输
在四旋翼飞翔器的飞翔进程中，需求操作人员在地上对空中接纳机进行长途监控，依据实时传回的数据监控接纳机的状况和对收集进程进行操控，地空电磁接纳体系选用依据802.119协议的WiFi网络树立长途数据传输通道。802.119作业在2.4GHz频段，与四旋翼飞翔器的飞控和视频传输体系不会产生串扰而要挟飞翔安全。其最高传输速率达 54 Mbit/s，在开阔场所运用高增益天线时，其有用间隔可达400m。为完成地上站和巡航的四旋翼飞翔器进行无缝链接，选用了依据多跳结构的 WiFi-Mesh网。扩展无线Mesh网的掩盖规模只需增加节点设备，网络便可进行自我装备，并确认最佳的多跳传输途径。
7 地上数据处理体系
经过电性源地-空电磁勘探体系硬件滤波和信号检测之后，得到时域电磁信号的信噪比依然较低，需求进一步进行软件数据处理，包含电磁信号的基线校正，双极性叠加，取样滤波等[14]，以此最大程度地进步信噪比。并经过求解相应的地电参数来辨认地下电性结构。流程图如图8所示。
8 定论
本文使用STM32处理器以四旋翼飞翔器为载体，规划了一套时域地空电磁勘探体系，并可以完成对地下矿产的勘探。这得益于此处理器强壮的运算和处理才能。四旋翼飞翔器是本规划的一个亮点。四旋翼飞翔器价格相对较低，易于操作，且技能老练，可以很好的满意体系要求。但由于场所约束，以及飞翔器操作水准有限，作用不免不行抱负。若发射功率更大，飞翔器操作水准更高，则勘探才能还可大幅提高。
参阅文献：
[1]Fountain D 60 years of airborne Em-focus on the last decade 2008
[2]朱凯光,林君,刘长胜.频率域航空电磁法一维正演与勘探深度[J].地球物理学发展,2008(06).
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[13]许洋铖,林君,李肃义.全波形时刻域航空电磁呼应三维有限差分数值核算[J],地球物理学报,2012(06).
[14]王忠,黄跃,林君.高速、大动态规模瞬变电磁接纳机的研发[J].仪器仪表学报,2006(04).
本文来源于《电子产品世界》2017年第8期第43页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
