超宽带搜救雷达的编码信号探测方法研究

分析运用了脉冲编码理论作为生命信号探测的理论依据,通过对生命信号的模拟分析,研究了生命信号与杂波的特性;对实测的生命雷达回波信号做了详细地分析处理;以超宽带理论为基础,讨论了超宽带雷达信号的特点,根据超宽带雷达目标信号的特性得到了人体探测的仿真模型,分析了被测人体不同姿态下呼气吸气的回波信号,实现了生命微弱信号的检测,证明了超宽带雷达目标信号的高分辨率距离像方法,用于探测人体生命信号的有效性和可靠性。     

岩矿石高频电磁参数的测定方法

岩矿石高频电磁参数是电磁波探测技术解决各类工程及地质问题的物性基础，给出了高频状态下，室内岩矿石标本的介电常数、吸收系数及电导率的测定方法，电给出了野外实测岩矿石吸收系数的方法。     

基于FDTD数值技术分析反向障碍物对探地雷达采集数据的影响

为了分析与雷达探测方向相反方向的障碍物对雷达采集数据的影响,以探地雷达理论为基础,运用时域有限差分法（FDTD）,建立相应的地质模型,进行探地雷达二维正演模拟。结合工程实例,对福建某隧道的雷达探测数据进行分析研究。研究结果表明,在使用探地雷达进行目标体探测时电磁波并非仅向探测方向发射和传播,在天线的四周都会有电磁波发射出来,而非探测方向上的电磁波将会对雷达采集的数据产生一定的影响,干扰数据解释人员解译的准确性。因此在使用探地雷达和解译雷达数据时,要了解现场环境和剔除干扰波,做到对探测目标体的正确判断。      

矿山钻孔救援多源信息探测技术研究与应用

矿山钻孔救援是一种新型救援技术,在其救援过程中为快速准确获取钻孔通道信息、被困人员位置距离、灾区气体环境特征,实现井下被困人员与井上救援指挥人员的双向视音频通信,采用多源信息融合、双码流网络视频服务、边缘计算、本安型电路控制及超宽带雷达等技术方法进行理论攻关和技术研发,提出2个关键技术:灾区多种传感器数据实时采集与传输技术、隐蔽空间生命信息探测技术,前者能够实现钻孔救援过程中多源信息的实时探测与呈递,而后者能够实现障碍物后的人员生命信息探测和定位。在此基础上进行样机试制和现场试验,研发出矿山钻孔救援多源信息探测系列设备:大容量便携式本安电源、超宽带雷达探测系统(可穿透障碍物探测生命)、钻孔救援多源信息(视音频、温度、气体环境参数)探测系统,运用该套设备参与山东平邑石膏矿、山东笏山金矿事故救援,均成功探测到被困人员,检测了钻孔通道信息和井下环境信息;在新疆丰源救援事故中对井下涌水、气体环境进行了实时监测,避免了救援人员的二次伤亡。系统包括潜水、视音频环境监测钻孔探测器、基于双绞线的钻孔通信线轮盘、系统监测终端。成果的研发与应用能够为长距离钻孔内多源信息探测提供一定的装备支撑和技术借鉴。      

海底大地电磁信号采集的技术难点

海底大地电磁探测要解决的首要问题是海底信号采集。对于陆上已广泛使用且采集技术已较为成熟的大地电磁测深法来说 ,该方法在海洋中的应用并不是一个简单的方法移植问题。由于海洋环境的严酷、海上作业的风险和海底信号微弱 ,要实现海底大地电磁信号采集面临着重重困难。为实现预期的探测目标 ,需采用一系列高新技术 ,包括微弱信号检测技术、海底多台观测系统的高精度同步技术、智能化控制技术、水下密封承压技术以及硬件系统集成技术等等。对海底大地电磁探测所遇到的难点技术问题作了初步的探讨     

建筑物对地面坑透实验电磁波信号的影响

为在地面模拟煤层工作面坑透探测,利用地面建筑物作为探测目标体,采用矿井工作面坑透探测的工作方法布置观测系统进行探测实验。结果表明:(1)穿过地面建筑物路径的电磁波场强值显著降低,建筑物的高低及结构不同,对电磁波信号影响程度不同;(2)建筑物范围在场强平面图上表现为较低的场强值,在电磁波吸收系数平面图上表现为较高的电磁波吸收系数值;(3)建筑物适用于作为探测目标体进行地面坑透实验。     

基于近代天线理论的钻孔电磁波法正常场

钻孔电磁波法的正常场公式是进行各种钻孔电磁波探测理论研究和资料解释的基础，因此有必要将其建立在近代天线理论之上。通过对钻孔电磁波法中的基本电磁系统的分析讨论，证明了关于绝缘天线的广义传输线理论在钻孔电磁探测和电磁波测井中的可应用性，并给出了在一般条件下的基于广义传输线理论的钻孔电磁波法正常场公式。通过与经典的正常场公式的定性对比发现，基于广义传输线理论的正常场公式既包含了天线本身绝缘层的作用，又考虑了钻孔的影响。因此，本文提出的公式能提供更多的关于围岩和钻孔流体的电磁性质的信息，应能成为跨孔电磁成像和电磁     

大地电磁单分量精准处理技术与深部致灾水体探测

为了实现天然源单分量大地电磁技术对水文地质条件的精细探测,系统分析了大地电磁信号采集和处理中存在的问题,研究了地下富水区在大地电磁波上的响应特征;根据大地电磁测深理论和层次分析法,建立了富水性指数模型;在大量实验数据的基础上,拟合波形和岩性的对应关系,从波形上分维提取岩层的介电常数、弹脆性、密度、空隙率等物性信息,按有利于岩层富水的原则赋值和归一化处理,纳入富水性指数模型进行多维度耦合计算,可得到相应深度的富水性指数值。富水性指数包含了丰富的岩层物性信息,增强了富水区在大地电磁波上的响应幅度,减小了天然场源强度变化对信号采集和识别的影响。根据富水性指数模型,利用现代计算机及通信技术,设计了双层阵列扫频式平行板电容传感器和大地电磁探水仪,并开发出了相应的数据处理程序,探测深度分辨率可达0.1 m,能够从庞杂的电磁信号中自动辨识来自深部的微弱信号,实现从时变性场源中采集信号并计算出相对稳定的富水性指数。经现场试验,仪器可清楚划分含水层和隔水层,识别富水区和微小导水通道。该技术在矿井水害防治、废弃采空区修复治理、注浆堵水、深部水文地质条件探测等工程中具有广阔的应用前景。      

低阻覆盖层对高频大地电磁测深的影响

低阻覆盖层对电磁波具有屏蔽效应,会降低高频大地电磁测深的探测能力。通过一维正演模拟,对无低阻覆盖层时探测能力和有低阻覆盖层时探测能力的变化进行对比研究,表明有低阻覆盖时,探测能力普遍下降;在相同探测能力条件下,高频大地电磁测深可探测异常体上覆围岩厚度与异常体厚度的比值,和围岩与异常体电阻率比值呈线性关系。通过綦江县某铁...     

地下人防巷道上方探地雷达异常特征与实际应用

探地雷达是利用宽带高频电磁波以脉冲形式来探测地表之下介质内部结构分布规律的一种地球物理方法。它广泛用于灾害地质勘查、浅地表地下隐蔽物探测和工程质量检测等众多领域。本文用正演方法给出不同情形下的地下人防巷道上方探地雷达异常特征,并据此进行了实际应用。提出了利用探地雷达法进行地下人防巷道探测时,在异常识别方面应注意的问题。     

矿井超浅层高分辨率瞬变电磁探测技术

为了减小矿井瞬变电磁探测盲区，提高探测精度，提出矿井瞬变电磁超浅层高分辨率探测技术。该技术不仅能够适用于常规的矿井地质探测，而且能够对矿井巷道顶板岩层裂隙等浅层地质体进行高分辨率探测，确保煤矿的安全高效掘进与开采。通过理论方法研究，确立了矿井浅层高分辨率瞬变电磁方法的可行性；设计硬件系统的发射电路和接收天线部分，使硬件系统能够适用于超浅层高分辨率探测；对数据采集软件以及数据校正方法进行分析计算，经过数据校正，提高了瞬变电磁浅层探测能力以及探测分辨率。通过矿井实测数据的分析与钻探验证情况的对比，说明该方法技术能够实现矿井瞬变电磁超浅层高分辨率探测目标，适用于矿井生产。      

井下瞬变电磁仪硬件对致灾水体分辨能力的评估

井下瞬变电磁随掘探测技术是探测掘进面前方致灾水体的有效方法,从硬件方面评估仪器对致灾水体的分辨能力,是仪器能够在井下正确使用的重要手段。通过比较二次场绝对差和仪器分辨率、叠加后背景噪声之间的大小关系,分析含水致灾体识别的硬件条件和评估依据;提出从硬件方面评估井下瞬变电磁对致灾水体分辨能力的计算方法:根据致灾水体结构建立三维地质模型,推导梯形波关断与负阶跃波关断二次场感应电压的关系,在GPU上采用全空间三维有限差分并行算法计算了致灾水体二次场响应;测量某瞬变电磁仪的关断时间和综合噪声,根据致灾水体的硬件分辨依据,从硬件方面评估井下瞬变电磁仪对导水陷落柱、充水采空区的分辨能力。为井下瞬变电磁探测仪器的研制和现场准确探测提供技术参考,具有重大的研究意义。      

Study on RSS/AOA hybrid localization in life detection in huge disaster situation

Rescue is a tough and time-consuming task in huge disaster. After stricken by a catastrophic natural disaster, the rescue force is typically deployed under the circumstance of traffic paralysis and lack of supplies. To cope with this situation, plenty of human resource and professional equipment are required. However, both the human resource and equipment are insufficient in most situations. The rescue force needs an efficient technology for searching the survivals, such as the life detection, which can be a key factor in disaster relief. Fast and accurate locating of the survivals will guide the limited rescue resource to save more survivors. However, current life detection technology cannot meet the demand of rescue in huge disaster. A novel life detection system based on fake base station is proposed. The detection system can scan the whole disaster area and find the cell phones, which leads to the surviving owners. As the system works in different way with other traditional human localization technology, a novel RSS/AOA hybrid positioning algorithm was proposed in this paper to increase the accuracy of localization. To verify the accuracy, two simulation tests were designed. The result of the two tests illustrates that the novel algorithm is more suitable to work with the novel life detection system.

     

电磁波CT技术探测溶洞的模拟分析与应用研究

目前应用电磁波CT技术进行溶洞探测时对于溶洞形态和填充状态的解释与判断尚缺乏成熟的理论依据。在FDTD(时域有限差分法）基础上,采用Matlab软件编程建立CT技术探测溶洞模型,在模型边界处特意设置PML完全匹配层和PEC完善导体。模拟分析和实验探测结果表明,（1）电磁波穿过溶洞时在溶洞边界处发生折射现象,溶洞内部发生反射、绕射和障碍增益现象,且电磁波能量的衰减主要由折射现象产生;（2）当溶洞内充填物有水存在时,因反射现象使一部分电磁波滞留在溶洞内部,该部分电磁波在溶洞内部不断发生反复的反射和绕射现象;（3）经过溶洞后电磁波波形的扰动主要由反射现象及滞留在溶洞内部电磁波造成;（4）当溶洞对电磁波吸收系数发生改变时需综合考虑填充物种类及地层含水率等因素的影响。最后应用模拟结果对实际工程试验层析成像数据进行了判断和解释,将所得判定结果与勘察资料进行对比,二者基本吻合。验证了模拟结果的准确性和应用电磁波CT技术探测溶洞的可行性,可为今后层析成像的结果解释和判断提供借鉴和理论依据。     

隧道瞬变电磁克希霍夫偏移成像与地质灾害探测

隧道绿色施工不仅需要预报工作面前方突水突泥等低阻异常,更需要查明灾害体的地质构造,为灾害预警与防治提供保障。传统的瞬变电磁解释方法仅能够提供单一电阻率信息不能满足隧道地质灾害治理要求。因此,将虚拟波场成像技术引入到瞬变电磁隧道探测技术中,期望实现灾害体电性与结构综合解释。首先,根据波场变换原理将瞬变电磁数据转换到虚拟波场;然后,利用电阻率成像算法计算工作面前方电阻率建立虚拟波场速度模型,利用波动方程克希霍夫积分解进行波场延拓实现瞬变电磁虚拟波场偏移成像;最后,综合电阻率与偏移成像结果对工作面前方地质体进行解释,判断地质灾害体的电性与构造特征。分别采用充水溶洞、充水断层两类常见灾害模型对算法进行验证。充水断层模型电阻率成像结果可以识别工作面前方低阻异常,但是异常分布范围略有增加,且不易判断倾斜角度;而偏移成像结果有效地识别异常的边界位置且对应准确,更易容判断异常倾斜方向。充水溶洞模型电阻率成像结果可识别溶洞的低阻异常与位置,但是异常形态与实际模型略有偏差;偏移成像结果圈定了模型的前后边界且与模型吻合较好。实测数据偏移成像结果有效圈定了低阻异常位置与裂隙形态,预测结果与已知出水孔情况相符。理论模型与实测数据结果表明,虚拟波场克希霍夫偏移成像结果既包含地质灾害体的电阻率分布,又能识别灾害体电性分界面,为地质灾害预警与防治提供了丰富的地质信息。      

超磁致伸缩声波震源的时频特征与实测研究

宽频带、大功率、短余振声波震源是高分辨率探测大尺度复杂结构体的关键技术,为了解决探测距离与其分辨率的矛盾问题,采用超磁致伸缩材料制作的声波发射器作为震源,研制了一种新的声波探测仪器。该震源中心频率为5 kHz,激励电压300~600 V,具有辐射声功率大、余振短（3.5个周期）、频带宽（1~3 kHz）的特性;其最大的优点是每次激发的声波信号一致性好,可以采用单点多次激发,通过多次叠加的数据处理技术提高信噪比,较好地解决了声波探测距离与分辨率的矛盾,并成功地应用于煤矿采场顶煤厚度探测。现场探测结果表明:大功率声波探测系统能够有效提取4~7 m煤岩交界面的反射波信号,借助于小波多分辨分析信号处理方法,有效地提高了采场顶煤厚度探测的精度及其可靠性,为顶煤厚度精确探测提供了一条有效途径。      

超低频电磁探测信号能量的计算及其地质应用

被动式超低频电磁探测技术是一种有效的探测地下地质体和资源的手段,但采用现有的处理方法得到的探测曲线较容易受到各种噪声的干扰,影响了对所获得的探测曲线的解释。笔者将信号能量引入到超低频电磁探测信号的处理中。首先根据信号能量计算原理,计算不同深度的超低频探测信号的能量值．获取能量曲线。同时,根据具体应用目的,分析其曲线特征,并将信号能量曲线与现有的信号曲线,如最大值曲线、最小值曲线等进行对比分析。结果表明,与现有方法相比,笔者所提出的信号能量曲线方法能更准确地反映地下岩层特征,有利于曲线的地质解译。     

岩溶裂隙水探查方法优化与工程治理研究

在岩溶裂隙涌水治理中,含水构造的三维空间展布规律、水力连通关系难以探明是制约治理工期和经济成本的关键因素。为解决地质雷达探测在岩溶富水区域存在的受干扰强、多解性、信号失真等难题,基于概率学理论,提出了雷达测线布置的网格法;基于电磁波传播理论,研究了电磁波在含水构造界面上的反射和折射能量分配规律,分析了含水薄层对雷达低频反射信号的作用机制,讨论了在岩溶裂隙富水区雷达探测含水裂隙的判识标准。结合湖北沪蓉西高速公路恩利段齐岳山隧道底板岩溶裂隙涌水工程治理实例,阐述了地质雷达探测在探明含水裂隙空间展布规律和最佳注浆孔的确定中的应用。研究成果的应用产生了良好的生态、安全和经济效益,对类似工程具有一定的借鉴作用。