随着近年来城市化的高速发展和人类活动的愈发频繁,线路铺设、考古挖掘、地质勘探等浅地表探测活动逐渐成为研究热点。对地表浅层进行勘探、检测等活动经常采用探地雷达、频率域电磁法和时间域电磁法等方法,其中频率域电磁法与其他两者相比,具有信噪比高,抗干扰能力强,工作成本低等优势而被广泛运用。本文总结了浅地表电磁探测的基本原理和工作流程,在吉林大学自主研制的浅地表频率域电磁探测系统的基础上,为了提高系统整体的实时性,设计了基于FPGA的实时数据处理系统。利用FPGA的并行处理特性,替代系统原有的数字处理模块DSP实现正交锁定放大算法,基于FPGA+STM32架构,设计浅地表电磁探测系统,在数据采集的同时进行数据处理,对浅地表内的金属异常体进行探测。本文主要研究内容如下:1、数据采集及前端调理电路研究。基于高等电路和模数转换理论设计前端数据快速采集系统,保证了信号精度和传输速度。2、数字信号处理技术。基于微弱信号检测原理,采用数字锁相中的正交锁定放大技术对微弱电磁信号进行相位幅值分析,得到浅地表信息上传至上位机从而辨别出地表内是否存在金属异常体。3、高效控制单元研究。采用FPGA+STM32的架构,STM32与FPGA通过FSMC总线的方式通信,在FPGA中建立数据缓存FIFO(First Input First Output)模块,缓存模块从STM32内部构建的参考信号表中读取参考信号,在FPGA中建立双精度浮点数运算模块,与模数转换器传输的输入信号进行正交锁定放大运算,得到可以反映浅地表异常体性质的I、Q分量,通过通道相位校正技术消除通道相位延迟的干扰,通过土壤相位校正技术消除土壤中矿化物质引起的矿化反应干扰。实测结果表明:该结构的信号处理系统,能够对一定深度的金属目标物达到快速探测的目的,绘制的探测曲线清晰明显,与原系统相比有更快的数据处理速度,处理数据的时间缩短了31.4%,提高了系统整体的实时性。