微火箭电场仪的原理及其应用

介绍一种新型的雷雨云电场探测仪器---微火箭电场仪 ,由直径为 55mm×760mm农用消雹小火箭改装而成 .它利用导体在电场中感应电荷原理 ,由电场传感器、测量线路、1 680MHz遥测发射机及天线组成 .仪器特点是结构简单、高密集、超小型、快速机动、低功耗、低成本 .此仪器于 1 998年年初试飞成功 .电场探测范围 1- 1 0 0kV/m .探测高度为7 5km左右 .主要用于飞行器升空安全保障 ,以及气象部门对雷电、冰雹的探测和预警     

球载双球式电场仪及其应用

探测雷暴电场垂直分量幅度的球载双球电场仪,它由两个空心的、直径为１４．３ｃｍ,相距３．１ｃｍ的导电球构成,两球绕垂直于两球心连线的轴旋转,电场在球上的感应电荷按正弦变化,放大后由遥测发射机传输到地面．配有温度、湿度、气压传感器,既能进行高空大气温度、气压和湿度等常规气象要素的测量,又能完成雷雨云电场特殊参量的探测任务．电场探测电路及其电池组分别装在两个球内．仪器自１９９４年投入使用以来,先后参加了近２０颗卫星的升空安全保障任务,为“澳星”等卫星在雷雨期间安全升空,发挥了重要作用．仪器测量范围为１--１００ｋＶ／ｍ,性能良好．     

基于多匝环形线圈的核磁共振信号响应计算与试验研究

核磁共振接收信号的质量主要受探测天线的传递特性影响,当传递特性较差时,严重影响测量效果.结合目前国内外核磁共振找水仪天线的研制情况,给出了接收天线传递特性的计算方法,根据数值计算结果讨论了影响传递特性的天线参数.利用吉林大学研制的核磁共振找水仪进行实际测试,结果证明与讨论结果一致.本文得出的传递特性影响因素和接收信号质量评估方法,可以为不同类型核磁共振找水仪天线的设计提供依据,将促使核磁共振方法在复杂地形环境找水及隧道、矿井灾害水源探测等方面得到有效应用.     

定向电磁波传播随钻测量基本理论及其在地层界面预测中的应用

采用水平层状各向异性介质中的磁流源并矢Green函数计算定向电磁波传播随钻测量的幅度衰减和相位移.分析了定向电磁测量的探测范围和对地层界面的灵敏性,研究了地层各向异性、地层相对倾角和接收天线倾角对定向测量的影响.计算结果表明,频率越低、线圈距越大、目的层和围岩层电阻率对比度越大,定向电磁测量的探测范围越大.随着接收天线倾角的增加,定向幅度衰减在接近地层界面时的变化更加明显,对地层界面的灵敏性增加.采用对称天线结构可消除定向测量信号在远离地层界面处对地层各向异性和地层相对倾角的依赖,实现对地层界面的准确预测.     

欠阻尼中心回线瞬变电磁效应

瞬变电磁法经过近百年的发展,在各行各业都有广泛的应用,常规的瞬变电磁法对于天线的选择都尽可能选取临界阻尼天线,以减少过渡过程的影响.基于地震波检波器原理的启发,地震波检波器采集震动信号的过程,实质上是震动衰减转换为电磁振荡阻尼过程,欠阻尼瞬变电磁接收回线采集电磁波的过程,其实质也是电磁振荡衰减过程,两者接收都是感应电压信号,因此,欠阻尼中心回线的采集原理和地震检波器相同.本文利用欠阻尼中心回线研究探测砼结构的瞬变电磁效应,同时和过阻尼天线进行对比,说明欠阻尼天线在特点条件下探测结构体具有较强的探测能力及较高的异常分辨能力,其拟地震波图谱显示便于对异常体形状的判译.这种装置将揭开瞬变电磁法在混凝土结构探测中新的应用方向.     

井间电磁探测接收的理论考察和实验研究

井间电磁测井技术测量井间地层电磁波传播特性,通过正反演获得井间电阻率分布信息,由此揭示地层油气水的分布信息.井间电磁接收是井间电磁测井技术中一项重要内容,是开展井间电磁成像测井系统研制中必须攻克的难题之一.本文通过对比磁反馈与无磁反馈两种天线接收幅度与相位特性,发现磁反馈接收天线频带平稳无相位跳变点,相比无反馈天线具有明显优势.在磁反馈天线的基础上,本文分析不同天线磁芯、不同天线缠绕方式对天线幅频特性的响应,发现这些参数均对天线幅频特性有不同影响,为天线设计与研制提供参考设计参数.在接收天线研究的基础上,采用噪声匹配放大、1/f滤波、工频压制、数字锁相放大、相敏检波等软硬件处理技术,进一步降低噪声,提高接收精度和灵敏度.为有效开展井间同步发射与接收采集,采用高精度时间同步技术,提高同步与电磁波相位提取的精度.针对接收线路与系统中存在的误差,采用两距离井间电磁刻度方法进行压制.井间电磁接收样机研制完成后,分别在现场进行井下噪声测试、非金属套管井间、金属套管井间等系列井间电磁接收测量实验,研究与实验结果表明:本文所研究的井间电磁接收技术可实现500 m以上大井距和双层金属套管井间测量．     

FFIM用于机载大气激光雷达 ABCT反演的可行性研究

Fernald前向积分法能否用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数的反演一直是一个有争议的课题.本文利用青岛机载大气探测激光雷达实测数据、国外机载大气探测激光雷达实测数据和机载大气探测激光雷达模拟数据,对Fernald前向积分法应用于不同高度的机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演的误差进行了定量分析,分析结果表明:飞机的飞行高度在3.5 km左右,标定值存在20%的误差时,离地面2 km的高度范围内反演得到的气溶胶后向散射系数的相对误差在12%以内,但在标定点附近相对误差可达20%;飞机飞行高度在7 km左右,当标定值存在100%的误差时,反演得到的气溶胶后向散射系数的相对误差大都在10%~15%之间,标定值存在400%的误差时,反演得到的气溶胶后向散射系数的相对误差大部分在15%~50%之间.本文从理论上对Fernald前向积分法应用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演出现负值的原因进行了探讨.研究表明:Fernald前向积分法能够较准确地反演出中高空探测(4.5 km以上)机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数,但应用于低空探测(4.5 km以下)机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演时,反演误差较大甚至反演结果会出现负值.     

双探针式星载电场测量仪

该文在概述双探针式、天线式和电子漂移式三种星载电场测量仪的基础上,重点论述了适合于地震电磁探测试验卫星的双探针式星载电场测量仪.对双探针式星载电场测量仪的工作原理,电场测量仪探头、卫星平台与等离子体之间的相互作用,电场测量仪的标定方法及其星上和地面数据处理方法等进行了论述.     

流星不均匀体多波段探测系统与初步观测结果

流星体注入地球空间给地球带来外部物质并影响地球空间环境.为了探知流星体对空间环境的影响,需获取不同类型流星体及其在地球大气中产生系列现象的特征.本文介绍近期研制建设的流星不均匀体多波段探测系统.该系统设计采用光学大范围成像和无线电相控阵雷达与双基地全天空雷达主动探测,实现对不同尺寸流星体坠入地球高空大气/电离层后的烧蚀、蒸发和电离到流星不均匀体产生与演化等系列过程探测.通过开发多种探测模式和相应的数据分析反演算法,获取流星体速度、质量、成分和星际来源、流星等离子体头和等离子体尾迹不均匀体的空间精细结构与演化以及低电离层“瞬时”风场等多参量信息.利用该系统观测数据,对流星体及其产生的流星等离子体头、等离子体尾迹场向和非场向不均匀体、流星闪耀和尘埃不均匀体以及电离层不均匀体等开展了初步研究.     

矿井瞬变电磁探测技术系统与应用

矿井瞬变电磁法作为一种非接触式探测技术,在矿井地质灾害源探测过程中发挥着重要的作用.受各种条件所限,目前所开展的井下瞬变电磁探测均使用非本安型仪器进行数据采集,因此存在着一定的隐患和不便.课题组在大量实验研究基础上,对采集设备、现场工作方法及数据处理关键技术进行研究,开发完成了国内第一款本安型矿井瞬变电磁仪器系统.通过...     

基于双金属球三维电场探空仪的一次雷暴云内电荷结构观测研究

本文自主研制性能稳定的双金属球三维电场探空仪,并结合气象探空仪等构建了雷暴电场-气象综合探空系统,实现了雷暴云内三维电场及温度、湿度的同步测量.2019年夏季对华北平原地区雷暴开展穿云观测,并结合地面大气电场、雷达回波、变分多普勒雷达分析系统(VDRAS)反演的动力场等资料进行综合研究,首次给出该地区雷暴云内的电场和电荷结构分布特征.对2019年8月7日发生的一次中尺度对流系统电场探空发现,在雷暴减弱阶段,其弱回波区内存在5个极性交替的电荷区:4.4~5.6 km之间的上部正电荷区(0℃附近)、3.6~4.4 km之间的中部负电荷区和1.0~3.6 km之间的下部正电荷区,此外在1 km下方有一个负极性电荷区,雷暴云顶附近5.7~6.9 km之间为一个弱负极性屏蔽电荷区.其中,中部负电荷区和下部正电荷区由多个不同强度、不同厚度的电荷层构成.此外,电场探空系统在中部负电荷区高度范围内经历的上升—下沉—再次上升的往返探空数据表明,雷暴云内动力环境复杂,电荷结构分布相似但又有所差异,反映了实际雷暴云内电荷分布的时空不均匀性和复杂性.     

PROTEM-37瞬变电磁测深系统及应用实例

PROTEM - 37仪器具有分辨率高、动态范围大、抗干扰能力强、探测深度较大等优良性能。简要介绍了该仪器的测深原理、工作装置、野外施工步骤以及资料的处理解释。对TEM和MT资料的联合反演作了有益的尝试。介绍了该仪器在探测地下洞穴、勘察金属矿以及煤田水文地质调查等方面     

波形反演遗传算法及其在地震测深数据解释中的应用

为了更好地利用地震测深波形数据,提出了地震体波波形反演的遗传算法. 正演使用能精确快速计算互层结构响应的广义反、透射系数理论地震图算法;反演采用遗传算法,实现了地震体波波形反演的遗传算法. 数值试验表明,该算法具有分辨壳内低速层、高低速薄互层结构和一定的抗噪能力. 青藏高原东北缘泽库、夏河、临洮3炮地震测深P波波形反演,得到了上地壳底部低速层和中、下地壳,以及上地幔顶部薄互层的细结构图象.      

Genetic algorithm in seismic waveform inversion and its application in deep seismic sounding data interpretation

A genetic algorithm of body waveform inversion is presented for better understanding of crustal and upper mantle structures with deep seismic sounding （DSS） waveform data. General reflection and transmission synthetic seismogram algorithm, which is capable of calculating the response of thin alternating high and low velocity layers, is applied as a solution for forward modeling, and the genetic algorithm is used to find the optimal solution of the inverse problem. Numerical tests suggest that the method has the capability of resolving low-velocity layers, thin alternating high and low velocity layers, and noise suppression. Waveform inversion using P-wave records from Zeku, Xiahe and Lintao shots in the seismic wide-angle reflection/refraction survey along northeastern Qinghai-Xizang （Tibeteau） Plateau has revealed fine structures of the bottom of the upper crust and alternating layers in the middle/lower crust and topmost upper mantle.     

M-1型数字地磁脉动观测系统<

DCM-1型数字地磁脉动观测系统,是为开展地磁测深及地磁脉动观测工作而研制的.该系统由高灵敏度磁通门磁力仪、多路数据采集器、盒式磁带记录与回放器,以及时间服务装置等部分组成.系统具有大动态、低噪声、高精度、低功耗,以及操作简单、使用方便等特点.系统可直接与计算机接口,也可直接回放进行模拟恢复.利用该系统进行了多次野外观测,取得了较好的野外观测资料,并显示出比进口的模拟系统能记录到较为丰富的信息[1].      

Joint inversion of Rayleigh‐wave dispersion data and vertical electric sounding data: synthetic tests on characteristic sub‐surface models

In the traditional inversion of the Rayleigh dispersion curve, layer thickness, which is the second most sensitive parameter of modelling the Rayleigh dispersion curve, is usually assumed as correct and is used as fixed a priori information. Because the knowledge of the layer thickness is typically not precise, the use of such a priori information may result in the traditional Rayleigh dispersion curve inversions getting trapped in some local minima and may show results that are far from the real solution. In this study, we try to avoid this issue by using a joint inversion of the Rayleigh dispersion curve data with vertical electric sounding data, where we use the common‐layer thickness to couple the two methods. The key idea of the proposed joint inversion scheme is to combine methods in one joint Jacobian matrix and to invert for layer S‐wave velocity, resistivity, and layer thickness as an additional parameter, in contrast with a traditional Rayleigh dispersion curve inversion. The proposed joint inversion approach is tested with noise‐free and Gaussian noise data on six characteristic, synthetic sub‐surface models: a model with a typical dispersion; a low‐velocity, half‐space model; a model with particularly stiff and soft layers, respectively; and a model reproduced from the stiff and soft layers for different layer‐resistivity propagation. In the joint inversion process, the non‐linear damped least squares method is used together with the singular value decomposition approach to find a proper damping value for each iteration. The proposed joint inversion scheme tests many damping values, and it chooses the one that best approximates the observed data in the current iteration. The quality of the joint inversion is checked with the relative distance measure. In addition, a sensitivity analysis is performed for the typical dispersive sub‐surface model to illustrate the benefits of the proposed joint scheme. The results of synthetic models revealed that the combination of the Rayleigh dispersion curve and vertical electric sounding methods in a joint scheme allows to provide reliable sub‐surface models even in complex and challenging situations and without using any a priori information.     

天水地震区综合地球物理剖面的建立与壳幔结构

根据人工地震、重力、大地电磁和地热资料，在天水地震区建立了二个综合地球物理剖面．对这两个剖面进行了分析，研究了该地区的壳幔结构．结果表明，沿西秦岭北缘断裂带，地壳变薄，低速层、低密层和低阻层同步出现，同时在断裂带附近形成了宽几十到上百公里的相变过渡带，其影响深度可达上地幔．     

Disturbances in the ionosphere and atmosphere caused by the solar eclipse of August 11, 1999

Results of comparing ionospheric radio noise at wavelength of 2 m at midlatitudes to the data of the ionospheric vertical sounding during the partial phase of the solar eclipse of August 11, 1999, are presented. Disturbances in the ionospheric layers, radio noise of the ionospheric plasma, and variations and fluctuations in the atmospheric pressure at the Earth surface during the eclipse are considered. The parameters of the Lamb wave, which propagated with velocity of 300 m/s from the region of the total phase of the eclipse are determined. The Lamb wave characteristics in the summer midlatitude and auroral ionosphere have been compared.     

基于信噪辨识的矿集区大地电磁噪声压制

为了避免形态滤波方法在大地电磁强干扰分离中的"过处理"、进一步保留大地电磁低频段的有用信息,提出基于信噪辨识的矿集区大地电磁噪声压制方法.首先,从信号处理的角度剖析矿集区典型强干扰与天然大地电磁微弱信号之间的定量辨识关系,利用形态分形维数和形态膨胀谱熵对大地电磁信号与强干扰进行信噪辨识.然后,结合形态滤波技术和阈值法,仅对辨识出明显不是天然大地电磁信号的异常波形进行噪声压制.最后,重构大地电磁有用信号,并对算法进行性能评价.仿真结果表明,形态分形维数和形态膨胀谱熵能较好地定量辨识大地电磁信号与强干扰,大地电磁信号中一些缓变化的低频信息得到了更为精细的保留;与形态滤波整体处理相比,本文所提方法获得的卡尼亚电阻率曲线更为光滑、连续,视电阻率值相对稳定,其结果更为真实地反映了测点本身所固有的大地电磁深部构造信息.     

基于同步大地电磁时间序列依赖关系的噪声处理

本文从信号与系统的角度讨论了同步大地电磁时间序列信号之间的依赖关系,选取高信噪比的时间序列信号作为先验数据,用最小二乘法估算依赖关系;结合参考道的数据,合成本地道含噪声时段的数据,最后用合成数据替代噪声段数据,组成新数据,从而在时域中去除大地电磁噪声.西藏地区高信噪比实测数据的试算结果表明,无论电场还是磁场,信号之间的依赖关系是相对稳定的,只与先验数据的长度有关,与时间无关;虽然不同参考点之间的依赖关系不同,但都可以精确合成本地点数据,与参考点地下电性结构和参考距离无关.仿真实验显示,去噪后的信号与原始信号基本一致.实测数据处理结果表明,该方法可以有效去除强噪声干扰,抑制中高频段的近场源效应,同时保留了微弱的有效信号,保证了处理结果的正确性.最后针对方差比方法无法识别的方波噪声,提出了一种简单的平移方法,成功去除了持续时间大于窗口长度的方波噪声;将该方法与远参考技术结合,可以有效抑制近场源噪声干扰,获得光滑连续并且可信的测深资料.