摘要：为了使用四旋翼无人机搭载二维激光雷达进行空间环境探测与建模,设计了无人机LIDAR(Light Detection and Ranging)探测方案,提出了基于欧式聚类与Alpha-shape算法的点云数据建模方法。以室内环境建模为例,通过无人机LIDAR测得室内多位置、多高度的平面点云数据。根据室内环境点云数据分块聚集的特性,对数据进行统计滤波消噪,并采用欧式聚类算法对点云数据进行聚类,对每个聚类分别选取合适的参数α绘制其Alpha-shape图形。对于采样高度均匀、雷达扫描频率稳定的点云数据,考虑到无人机激光雷达的数据特点,以每个聚类中点的数量和其包络在x-y平面的投影面积为参数,结合测量经验提出了α的计算式。利用此方法可以实现使用二维激光雷达进行空间建模,相较于使用三维激光雷达成本更低,测量更灵活。

摘要：在多孔隙含水层中地面磁共振(surface nuclear magnetic resonance,SNMR)信号呈现多弛豫衰减特性,常规盲源分离方法和单指数拟合方法引起信号严重失真和信息缺失等问题.本文提出了基于稀疏表示的随机噪声背景下多弛豫SNMR信号的提取方法.根据SNMR信号的衰减特征,设计了精确刻画SNMR信号且与随机噪声不相关的离散衰减余弦冗余字典.其次,针对多弛豫SNMR信号稀疏度未知的问题,通过设置合理的残差比阈值控制迭代次数,改进了广义正交匹配追踪(generalized orthogonal matching pursuit,gOMP)算法,使得该方法应用于SNMR信号的提取时,具有更好的自适应性和普适性.再次,鉴于SNMR测量数据为多次独立重复采集的结果,提出了基于数据流的SNMR信号提取策略,在提高算法鲁棒性的同时,保证了信号提取结果的唯一性.最后,通过仿真和实测数据证明了基于gOMP算法的稀疏表示方法可以显著地提升多弛豫SNMR信号的提取质量,降低随机噪声对含水层反演结果的影响,提高SNMR探测能力.

摘要：核磁共振地下水探测仪的灵敏度高,接收到的纳伏级磁共振探测信号极易受到强工频谐波噪声的干扰,导致信号特征参数提取的准确度降低,影响反演解释的水文地质参数结果.为了解决这一难题,基于相关抵消的原理,针对全波磁共振信号,设计带有参考线圈的90°移相自适应噪声抵消系统,理论计算了参考线圈相对于探测线圈的距离,提出变步长LMS算法进行噪声压制.仿真结果表明,在不同的信号强度及不同的信噪比下,当信号与工频谐波干扰频谱不重合时,采用设计的自适应噪声抵消系统和变步长算法,信噪比可以提高到5.94dB以上,初始振幅、弛豫时间特征参数的拟合误差在2.8%以内;当信号与工频谐波干扰频谱重合时,采用双向自适应滤波算法,信噪比可以达到5dB以上,初始振幅、弛豫时间特征参数的拟合误差在10%以内,可以满足实际应用的要求;实测数据处理进一步证明了方法的有效性.

摘要：针对“误差理论与数据处理”课程理论性强,计算公式多,而传统教学中存在重理论、轻实践问题,基于Matlab APP(Application) Designer,设计了综合性实验系统APP。分别实现了随机误差、系统误差和粗大误差等基本概念和最小二乘拟合等典型算法的快速实现和可视化。同时,依托“地面核磁共振”实际工程数据,设计了系统误差和粗大误差的去除方法。该综合性实验平台不仅能培养学生的应用能力,还能使科研与教学有机结合,便于学生理解和掌握抽象概念,提高学生的学习兴趣。

摘要：为对地面磁共振实验区域进行噪声的快速预评估,开发了一套便携式电磁噪声采集及分析系统。以数据采集卡Net0824为核心,对噪声采集传感器、前置高增益放大电路、选频电路等硬件进行了设计;采用Lab VIEW作为软件开发工具,通过网口通信实现了噪声采集过程的控制、用户交流界面的数据显示及存储。同时,设计了尖峰噪声、工频谐波噪声及随机噪声提取及分析软件。通过在实验室和野外进行测试,验证了采集装置和分析软件的有效性。最后,对长春市文化广场的噪声水平进行了评估,得出文化广场区域,足球场和篮球场南半部分为进行地面核磁共振实验的最佳地点。

摘要：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.

摘要：地面核磁共振方法(MRS)因具有对地下水探测定性、定量的特点而备受地球物理工作者关注.传统研究中,人们局限于一维探测方法,假设层状含水构造,导致复杂地质环境下难以确定井位、不均匀含水层小水体难以分辨的反演解释瓶颈.针对现有测量中的不足,本文提出了MRS二维分布式探测模式,依据激发场不均匀特性,定义了实际测量中的测线方位角α,推导了分布式接收线圈MRS响应核函数表达式,实现了二维正演计算,探索了α角与探测灵敏度之间的关系.在此基础上,首次将Occam方法用于MRS二维反演解释中,实现了磁共振断层成像MRT(magnetic resonance tomography).模型试算中,根据含水层位置以及环境噪声变化的磁共振响应,客观评价了分布式MRS探测适用范围.理论先行可推动仪器完善,本文通过分布式接收单元设计、接收线圈数量和匝数增加与调整、放大器参数自适应设置与矫正,成功研制了地面分布式磁共振探测系统,并进行了野外验证.本文的研究成果将为基岩裂隙水定位、堤坝渗漏灾害水源评价,喀斯特溶洞含水构造精确探测提供有力的科学支撑.

摘要：研究利用线圈在地下坑道中进行涌水超前探测的激发场计算方法,分析了地磁场倾角和线圈朝向对激发场计算的影响,推演出了线圈在任意地磁场倾角、任意水平朝向、任意垂直朝向、任意线圈半径和匝数时辐射空间内任意点激发场的计算方法;推演出了距离线圈不同位置点激发场数值随线圈旋转角度的变化规律.通过比较1m半径圆形线圈超前探测50m深度与100m边长方形平铺线圈向下探测100m深度的激发场,计算出了探测50m深度时,1m半径圆形线圈顺时针旋转时不同位置处激发场的大小,得出了线圈匝数的设计方法.仿真结果可为实际应用中根据线圈摆放角度与探测深度设计匝数提供参考.

摘要：设计了基于低噪声高增益发大技术、锁相放大技术和高速高精度采集技术相结合的微弱信号检测系统,该系统采用ARM和FPGA为控制核心,由程控放大模块对待测信号进行宽带滤波和高增益放大,通过双锁相放大器将信号分解成2个正交分量,由24位模数转换器进行高速率采集,实现微弱信号的高精度检测,并通过网口与上位机实时通信和波形显示。测试表明,该系统可将被测信号放大10~8×10~6倍,输入短路噪声低至2nV·Hz^(-1/2),最大可调带宽为10kHz,时间常数3~30 ms,采样速率为52.734kHz,成功检测到239.60nV随时间衰减的核磁共振信号,可用于电子类专业本科实验教学。

摘要：传统核磁共振仪器多采用封闭式磁体结构,导致仪器开放性和便携性差,制约其应用范围。为解决上述问题,该文基于电磁场理论,利用二阶有限元方法,研究半环形Halbach磁体的结构设计方法,分析磁块几何结构和尺寸等参数对Halbach磁体产生的中心场强、横向均匀度和纵向梯度的影响。验证该磁体结构无需增加线圈,即可产生核磁共振实验所需的横向均匀纵向梯度分布的磁场。优化后的单边Halbach磁体结构为:磁块尺寸为0.5m×0.095m×0.095m、磁体结构半径为0.63m,在50cm×50cm区域得到中心场强为0.0209T,不均匀度为3.085×10^-4,梯度为0.739mT/cm的磁场。