Способ геоэлектроразведки Советский патент 1983 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к г-еоФизическим исследованиям, в частности к геоэлектричёским исследованиям в районах с высоким уровнем регуляр ных помех.

Геоэлектрические методы исследований при работах в крупных промышленных агломерациях и тяготеющих к ним районах встречаются с трудностями, связанными с наличием интенсив ных регулярных электромагнитных помех, уровень которых намного превосходит достижимый уровень полеэМоРО сигнала.

Известен способ геоэлектроразведки, предназначенный для работы в условиях интенсивных помех, заключающийся в возбуждении электромагнитного поля в виде периодического сигнала и приема с помощью линейных фильтров l

. Недостатком такого способа является необходимость использования фильтров, перестраиваемых по частоте, когда сигнал регистрируется на фоне регулярных помех, сосредоточенных в различных частотных диапазонах. Проблема подавления такого рода помех приобретает особую остроту в тех случаях, когда необходимо выделить сигнал инфранизкой частоты. В этих условиях создание перестраивае1 1Х по частоте фильтров с высдкой избирательностью представляет сложную техническую проблему даже при использовании современной микроэлектронной технологии.

. Наиболее близким .к предлагаемому техническому решению является способ геоэлектроразведки, заключающийся в возбуждении.электромагнитного поля .в течение защанного времени Т в виде последовательности идентичных импульсов с заданной длительностью лТ каждого импульса, модулированной периодическим сигналом в виде прямоугольной функции,,и в корреляционном приеме сигнала 3.

Согласно известному способу принимаемый сигнал выпрямляется синхронно с генерируемым сигналом, а его постоянную составляющую, несущую полезную информацию выделяют с помощью фильтра низкой частоты, например интегратора. Тем самым исключается необходимость использования перестраиваемых фильтров. Избирательность приема достигается при этом соответствующим изменением времени возбуждения и приема. В качестве сигнала, образукяцего в питающей линии последовательность ( заполняющий сигнал), выбирают обычно сигнал, состоящий из и.мпульсов прямоугольной формы и полупериодов синусоидального колебания, а в качестве модулирующей функции - различные вида так называемых меандровых

,функций, принимающих два значения :+ 1 и - 1.

/Недостаток известного способа . заключается в том, что спектральные составляющие помехи на частотах, кратных частоте модулирующего сигнала, не подавляются, поскольку при перемножении такой помехи fta знаковую функцию юдyлиpyющeгo сигнгша в результирующем сигнале появляются комбинационные частоты., попадающие

I в полосу пропускания фильтра-интегратора,

. Целью изобретения является повышение эффективности разведки за сче повышения помехоустойчивос.ти.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу геоэлектроразведйи, заключающемся в возбуждении электромагнитного поля в течение заданного времени Т в виде послёдовательности идентичных импульсов с заданной длительностью ДТ каждого импульса, модулированной периодическим сигналом в виде прямоугольной функции, и в корреляционi ном приеме сигнсшов, возбуждаемую последовательность формируют как сумму по меньшей мере двух последовательностей L с одинаковой длительностью TQ Т -(L - 1)ДТ каждой -ой из L упомянутых последовательностей, сдвинутых относительно начала возбуждения на время (Е- 1) л Т соответственно, а в качестве модулирующего сигнала выбирают функцию Уолша с периодом Т у, кроме того, принимаемый сигнал коррелируют с каждой из L упомянутых последовательностей, при этом корреляцию осуществляют в базисе функций Уолша откоррелированные сигналы умножают на модулирующую функцию В -ой послеДовательности,перемножают и суммируют.

На фиг. 1-14 показана последовательность операций возбуждения и приема;, вид сигнгшов, соответстйующих каждой из операций, для случая L 2, причем в течение-заданного времени Т в изучаемой среде возбуждают электромагнитное поле такое возбуждение, осуществляемо, в возбуждении через диполь последовательнопти, образуемой идентичными заполняющими импульсами, показанными на фиг. 1, модулированных сигналом в виде функций Уолша с периодом Т (фиг. 2). Возбуждаемая последователность имеет вид,- показанный на фиг. 3, эту последовательность можно)получить как полусумму двух последовательностей, показанных на фиг. 4 и 5, сдвинутых относительно

начала возбуждения на время (е-1)лт где ЕЯ и 2 соответственно. При это длительность сигналов 4 и 5 (фиг. 4 и 5) одинакова и равна TO Т -(L -1) Л Т, а их модулирующими сигналами являются функции Уолша с периодом Тд, показанные на фиг. б и 7, и равным длительностям сигналов. В тех случаях, когда распространение электромагнитного поля в гёоэлектрическом разрезе не сопровождается частотно-зависимыми искажения ми, принимаеке:1й сигнал с точностью до постоянного множителя представлен сигналом на фиг. 3. Этот сигнал коррелируют с сигналами 4 и 5 (фиг. 4 и 5) в базисе функций Уолша. Операцию корреляции можно представить как пропускание принимаемого сигнала через фильтры с частотными характеристика «1. 8 и 9 (фиг. В и 9), цкоторые представляют собой спектры : сигналов Н ( В) и Н( ), приведенных на фиг. 4 и 5 в базисе функций Уолша соответственно. Откоррелированные сигналы Ф ( i, р) и . i р) (фиг. 10 и 11) перемножают на модули сигналы б и 7 соответственно; полученные детектированные сигналы перемножают и суммируют. На фиг. 12 приведен заполняющий сигнал, а на фиг. 13-14 - сигналы на выходах корреляторов. Математическая запись рассмотренных операций в терминах анализа диск ретных сигнгитов и линейных дискрет:ных систем имеет следукиций вид: a(i) - заполняющий сигнал, заданный в N точках на интервале tO,N-ll которому соответствует непрерывный интервсш СО,ЛТЭ ; огибающей дискретного сигнала a{i) является сигнал 1 (фиг. 1). . 4(1) - дискретная последовательность состоящая из м Т/лТ сигналов a(i) и заданная, соответственно в М N N точках вэ .интервале tO,N-l3 которому соответствует непрерывный ;интервал tO, Т . W(p,i) - дискретная модулирующая функция Уолша, огибающей которой является сигнал 2 (фиг. 2); i , р текущие параметры W(p, i)задана на интервале О, N1и является периодической функцией с Г1ер|иодом TO Т - дискретный период равен NQ--N(M-L+1 дискретная перемеиная Р имеет смысл ;частоты. Поскольку используются спектральные преобразования в базисе функций Уолша, то на N и NQнакладываются следующие ограничения; м 2 ; NO- 2 , где п и п р - целые чис ла. Возбуждаемая дискретная последовательность ф(i, р) имеет вид ,p)AP((t,pi. Огибающий сигнал Ф(i,р) соотве ствует функция 3 (фиг. 3 ). Принимаемый сигнал корр1елир1тег с игналами ( i, р) 1и ,-ф2(1,р) соютетственно, при этом йнтервашы задаия сигналов l(i, р; я Ф,1л,р) равы между собой и составляют lO, гибающие функций 4 и Я есть кривые и 5, а соответствующие им. огивгиоие модулирукших функщ1Й Уолша (i, р) и Wy (i.pj - кривые б и 7 фиг. б и 7). Соответственно имеем .p)r{i)W(i,pJ, 2{vp)V(}|W(t-N,p|H,44N-1 , 2f Представляя корреляцию как про- , ождение сигналов через фильтр Уолша« астотные характеристики двух фильт-f ов Н(«) и H() можно записать (i.(i,o н.,{еи(|)Г1Ф,(ьр1«а1). результаты корреляции определятся соотношения1«1 (t,p)I sJ«)W(t.i) т , 5|(e)w(t|, где (i, р|- функции Уолша. Огибающим спектров Н() и Н-Iff соответствуют функции 8 и 9 (фиг. 8 и 9 а огибакшдам сигналов $(i,p) и и выходе фильтров - фукк ции 10 и 11 (фиг. 10 и 11). Особенность .оперещий корреляции описываемых выражениями.С4 ), состоит в том, что они полностью подавляют сигнаэк, модулированные функциями Уолша, частота которых отлична от частоты той модулирующей функции, с которой согласован коррелируюиц й фильтр. Поскольку последовательности Ф модулированы фyнкцияivDI Уолша различной частоты т откоррелированные сигналы Ф-и Ф„ не Ъудут с(9держать соста-.ляющих ситна/ia, частота модулирующих функций которого равна или кратна частоте Pg функции ,p2):W() и частоте . Р функции W(i,p )i,W(i,pJ соответственно. Действие операции корреляции -в случае,.когда принимаемый сигнал ёсхь результат наложения полезного ,сигнала и помехи, рассмотрим на пр мере ОДНО1ГО коррелятора. Будем кор релировать сигнал {i, р ) с сумма ным еигналрм K4P)n(ib где nti.) - помеха. Откоррелированный сигнал имеё1 ййД.: - . . )Ф;,(ЛР2И. : : поскольку составляющая сигнала Mi,p) . , ,равна н 2(i, Pj) , в ре. зультате корреляции полностью пот давляетря. Специфическая особенность рпера ции корреляции в базисе функций Уол . ща состоит в следующем: независимо от формы сигнала, подвергающегося корреляции, Откоррелированный сигнал будет также иметь форму сигнала (1 ), т.е. будет состоять из М идентичных импульсов, вид которых зависит от вида входного сигнала, модулированных той же функцией W(i,p) Следовательно, как и сигнал, так и помеха, откоррелированные с Ф-, , будут модулированы функцией W:,(i,p т.е. o)-A(i.p,)poht.o),,(5i где /f(ij и Ъ()- последователь ность из М идентичных импульсов каждая; для -| ( Р-,,) - это 4(i) результат корреляций сигнала (i, R,) для n(i) - это некоторая дискретная функци я ) , вид которой от характеристики помехи и корреля; тора. Умножив обе части (5 )на W(i, р Д . (t.p,(Oti.,(V), J fg поскольку (i, р) 1. Аналогично в ре.зультате корреляции принимаемого сигнала с сигналом 1.2 (tp р) получаем Agli.PjH CiHIjgOb (-4 в случае периодической помехи с частотами, равными или крат нь1кш Р или Pj, произведение e(i ) - О т.е.- при перемножении и суммировании Сигналов А и Aj помеха будет подавляться полностью. Д1ЛЯ суммарных помех или периодических помех с другими частотами перемножение и суммирование откоррелированных сигналов позволяет существенно подавить помеху. Использование предлагаемого способа в сравнении с известным обес- печивает повышение эффективности геоэлектрических исследований, что достигается за счет следующих факторов: происходит значительно более подавление при нгитичии периодических регулярных nobtex уменьшается время 7 возбуждения и приема, поскольку для подавления помех такого рода возможно приме-, иение высокоизбирательных фильтров Уолша и при малых Т.. Тем самым повышается производительность работ; реализация рассмотренного способа не требует применения новых специальных устройств, поскольку спектральное разложение ;цискретны;х последовательностей в базисе функций Уолша можно вести на основе стандартных процессоров быстрого преобразования Фурье Основная область применения предложенного способа - геоэлектрические исследования в условиях сильных регулярных электромагнитных помех, связанных с наличием мощных промышленных источников тока. Предлагаемый способ охтробован с помощью численного моделирования, результаты которого рассматривались ниже. На фиг. 12 показан заполняющий сигнал, сформированный из полупери дов синусоидального тока единичной амплитуды промыишенной частоты 50 Гц. Переходя к дискретной переменной I и считая, что периоду синусоиды 50 Гц соответствует 16 отсчетов, сформированы сигналы на интервале HQ .512, что соответств: ет времени т 640 мс. В качестве модулирующих сигнала рассмотрены 16 возможных функций Уолша, взятые в упорядочении Пэли С2. Регулярная помеха задается в виде синусоиды также единичной амплитуды с частотой от 1 до 100 Гц с шагом f 1 Гц. Кривые на фиг. 13 и 14 показывают отношение амплитуды сигнала к амплитуде помехи на выходе ОДИНОЧНЕ К корреляторов, согласованных с сигнайами, модулирующие функции которых задавались соответственно в виде функции Уолша W(2, I) и в виде сдвинутой функции Уолша - W(2, i - 32). Применение одиночных фильтров аналогично действию известного способа. Существуют диапазоны частот,, для которых подавление помехи происходит неэффективно. Расчеты показывают, что при L 2 способ позволяет увеичить степень подавления помехи более чем на порядок в сравнении с известным способом, в широком диапазоне частот. Лишь для двух частот степень подавления в сравнении с прототипом увеличена не на порядок, а в 3-4 раза.

f5

/ ц

ffff fira/ g

фи1.13

df62S

СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, заключающийся в возбуждении электромагнитного пдля- в течение заданного времени Т в виде последовательности идентичных, импульсов р заданной длительностью а Т, каждого импульса, . ; модулированной периодическим CHrHa лом в виде прямоугольной функций, и в корреляционном приеме сигнала, i отличающий с я тем, что, с целью повышения эффективности разведки за счет повышения.ее прмехоустойчивости, возбуждаемую последовательность фop вIpyют как сумму по меньшей мере двух последовательностей L с одинаковой длительностью TO Т - (L - 1)дТ каждой В-ой из L упомянутых последовательностей, сдвинутых относительно начала возбуждения на время ( Р-1)лЦ соответственно, а в качестве модулирующего; сигнала выбирают функцию Уояшз с ; периодом TQ, кроме того принимаемый сигнал коррелируют с каждой из L ; упомянутых последовательностей, при этом корреляцию осуществляют в базисе функций Уолша, откоррёлированные сигналы умножают на модулирующую функцию Н-ой последовательности, перемножают и суммируют.. М 00 оо 00 a/iJ hi. о /V .f