随着我国城市化进程的不断加深,水资源短缺问题及其带来的社会用水矛盾日益严重。为了消除水资源短缺对人民生产生活造成的影响,地面磁共振/核磁共振（Surface Nuclear Magnetic Resonance,SNMR）探测技术被广泛应用于地下水定位。然而,随着探测环境的日益复杂,SNMR方法获取的自由感应衰减（Free Induction Decay,FID）信号极易淹没在复杂噪声中。因此,如何提高地面磁共振信号幅值成为SNMR探测技术在复杂噪声环境下应用的关键。近年来,吉林大学磁共振测深课题组提出使用极化磁场和地磁场的合场代替传统地磁场的方法（简称极化/预极化方法）,增强地面磁共振探测技术的信号幅值,即在传统地面磁共振的基础之上,使用直流电（极化电流）在地面铺设的线圈周围产生极化磁场参与磁共振探测的一种方法。然而,磁共振信号的增强程度与极化磁场分布、极化电流幅值以及极化电流关断过程密切相关。此外,在城市复杂噪声环境下,空芯线圈传感器的噪声抑制能力也是决定能否正常采集磁共振信号的重要条件之一。因此,本文以极化磁场优化为核心,分别从极化磁场分布、极化电流幅值以及极化电流关断形式等方面开展研究,结合城市复杂噪声下探测的特点,优化空芯线圈传感器性能以及提高仪器可靠性,实现基于双源极化的高信噪比地面磁共振地下水探测仪器的研制。最后通过实际测试验证了所提理论的正确性以及仪器的有效性。论文主要研究内容和成果如下:（1）针对传统单极化线圈探测方式导致中心探测区域极化磁场分布不均、磁场强度较弱的问题,强化背景磁场理论研究,提出了基于双极化线圈（双源极化）的磁共振地下水信号增强关键技术。在保证总体极化电路功率不变的情况下,分别讨论双源极化探测方案下极化电流方向、极化线圈边长、极化线圈相对距离等条件对探测区域极化磁场的影响规律,进一步得出结论:双源极化探测方案能够有效优化中心敏感探测区域极化磁场分布,增强信号幅值。（2）双源极化探测时磁共振信号的增强需大功率极化电流的支撑。针对极化电流大功率输出以及探测仪器超低频、连续运行时的热可靠性问题,提出了并联IGBT模块的设计方式,在兼顾极化电路热分布优化的同时,解决了极化电路功率受限的问题。为了实现IGBT并联过程中的均流控制目标,提出了基于门级电压补偿的极化电流均流控制策略。该研究内容极大改善了探测仪器的性能并增加了极化电流的输出功率,使信号幅值稳步提升。（3）双源极化探测理论表明大功率极化电流的关断过程也会影响磁共振信号幅值。针对目前无源关断电路不能匹配负载变化的问题,提出了基于半控型全桥的有源可控关断电路关键技术。通过改变高压电容的电压初值,实现极化电流关断过程的优化。针对极化线圈可能存在参数不一致的现象,该设计能够在不改变硬件电路的情况下,实现不同极化电流关断过程的平稳可控,有效减小增强后的磁共振信号的损失,提高磁共振信号信噪比。（4）复杂噪声环境下微弱信号提取作为双源极化磁共振探测的研究重点,决定探测的成败。针对传统空芯线圈传感器受城市工频及低频谐波噪声影响易饱和的问题,提出了基于宽带空芯线圈传感的工频及低频谐波噪声抑制关键技术。通过设计无源匹配网络,从而抑制工频及低频谐波噪声的干扰。本文所设计的空芯线圈传感器能够在保证信号不失真的情况下,有效增加信号调理电路增益,有利于提高磁共振数据的信噪比。（5）基于上述关键技术的研究,研制了基于双源极化的高信噪比地面磁共振地下水探测仪器及上位机软件。在城市复杂噪声环境下,分别在已知富水环境和真实地质环境进行地下水探测,验证上述各项关键技术的正确性以及仪器的性能。通过与已知钻井数据的对比,验证了探测结果的可靠性。本文所述的研究内容,分别从信号增强以及噪声抑制两个方面提高了探测数据的信噪比,解决了基于极化技术的地面磁共振探测方法在实际应用中所面临的难题,能够为城市复杂噪声环境下的地下水探测提供重要的技术支持。