Способ геоэлектроразведки Советский патент 1984 года по МПК G01V3/08 

Изобретение относится к геофизичес ким исследованиям, в частности к геоэлектрическим исследованиям в райо нах с высоким уровнем регулярных помех . Геоэлектрические методы исследований при работах в крупных промышленны агломерациях и тяготеющих к ним районах встречаются с трудностями, связанными с наличием интенсивных регу-лярных электромагнитных помех, уровень которых намного превосходит достижимый уровень полезного сигнала. Известен способ подавления регуляр ных периодических помех при геоэлектрических исследованиях, заключакяцийся в возбуждении электромагнитного поля в виде периодического сигнала и приема с помощью линейных фильтров 1J. Основным недостатком такого способа является необходимость использования фильтров, перестраиваемых по частоте, когда сигнал регистрируется на фоне широкополосных регулярных помех, сосредоточенных в различных частотных диапазонах. В этих условиях создание перестраиваемых по частоте филь ров с высокой избирательностью представляет сложную техническую проблему Наиболее близким к изобретению является способ, заключающийся в возбуждении электромагнитного полр в виде последовательности идентичных импульсов, модулированной сигналом выбранного вида, и в корреляционном приеме сигнала 2}. В указанном способе принимаемый сигнал умножают на знаковую фvнкцию модулирующего сигнала и вьщеляют постоянную составляющую полученного произ ведения путем его интегрирования за время действия сигнала. Полезный сигнал произвольного спектрального соста ва выпрямляется (детектируется) синхронно с генерируемым сигналом, а по лезную информацию несет его постоянна .составляющая, для выделения которой и пользуют фильтр низкой частоты, каким является, например, интегратор. Избирательность приема при этом достигает ся соответствукщим изменением времени возбуждения и приема. В качестве заполняющего сигнала, образующего последовательность генерируемых импульсов, выбирают обычно сигнал, обра вуемый импульсами прямоугольной формы или полупериодами синусоидального колебания, а в качестве модулирующей ,функции - различные виды так называемых меандровых функций, принимающих два значения: +1 и -1. Недостаток указанного способа заключается в том, что спектральные составлякнцие помехи на частотах кратных частоте модулирукнцего сигнала не подавляются, поскольку при перемножении такой помехи на знаковую функцию модулирующего сигнала в результирующем сигнале появляются комбинационные частоты, попадающие в полосу пропускания фильтра-интегратора. Целью изобретения является повьшение помехозащищенности измерений. Указанная цель достигается тем, что согласно способу геоэлектроразведки, заключающемуся в возбуждении электромагнитного поля в виде последовательности идентичных импульсов, модулированной сигналом выбранного вида, и в корреляционном приеме сигнала, в качестве модулирующего сигнала используют функцию Уолща, частота которой равна удвоенной частоте регулярной периодической помехи. На фигурах показана последовательность операций возбуждения и приема и вид сигналов, соответствующих каждой операции. На фиг.1 представлена регулярная электромагнитная помеха синусоидальное колебание частотой fy на фиг. 2 и 3 возбуждаемый сигнал; на фиг.4 - форма импульса возбуждения; на фиг.5 - модулирующий сигнал, на фиг.6 - дискретный спектр Фурье возбуждаемого сигнала. Вид регулярной помехи типичен для помех, связанных с действием промышленных силовьк электроагрегатов. В питающей линии,начиная с некоторого момента времени t 0, возбуждают электромагнитное поле. Возбуждаемый сигнал (фиг.2) формируют в виде последовательности (фиг.З), состоящей из идентичных импульсов произволь °й (Фиг.4) и модулированной сигналом, заданным в виде функции Уолша .(фиг.5) . В тех случаях, когда распространение электромагнитного поля в геоэлектрическом разрезе не сопровождается частотно-зависимыми процессами, регистрируемый в приемной линии полезный сигнал с точностью до постоянного множителя совпадает с возбуждаемым сигналом. Суммарный сигнал (полезный сигнал + помеха) коррелируют с возбуждаемым сигналом, что аналогично действию линейного дискретного фильтра, частотная характеристика которого есть комплекс но-сопряженный спектр возбуткдаемого сигнала. Если частота помехи не сов падает с частотой модулирующего сигнала, то помеха полностью подавляется и откоррелированный сигнал (или сигнал на выходе фильтра) представляет (с точностью до постоянного множителя) функцию автокор реляции полезного сигнала. Математическая запись рассмотрен ных операций в терминах дискретного анализа, применяемого при описании систем цифровой регистрации полезных сигналов, имеет вид: n(i) sin И.- регулярная периодическая помеха, огибающая которой есть синусоида (фиг.1). , где Т - время возбуждени и регистрации, At - шаг дискретизации-, O itN-l. N выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие , где п - целое положительное число. Частоте f помехи соответствует дискретная частота 1т,. a(i) - дискретный сигнал, которо му соответствует непрерывный импульс (фиг.4), a(i) содержит N отсчетов, которые выбираются таким образом, чтобы п - целое положительное числа. P (i) - дискретная последовательность, состоящая из идентичных импульсов, огибающей дискретной . последовательности ф(i) является кривая (фиг.З). W(p,i) - функция Уолша, частота которой равна р, огибающая ее есть линия (фиг.5). Тогда дискретньй (или цифровой) нал, огибаклцей которого является во буждаемый в питающей линии сигнал, изображенный на фиг.2, можно записа в виде (P,iV-f(iVW(Pi) Дискретный спектр Фурье последовательности Ф (Р,л,) можно записать в виде f(K,n4bH(cvpYR(, J где Н (а,р) - спектральное преобразование отФ(р.1-) в базисе функций Уолша или спектр Уолша, (K.CJ) - япро Фурье, определяемое соотношением R(.c)(q,i) (3) где ,Ki-ii, iceLo.vMi. Ядро Фурье для случаяТ 8 приведено на фиг.6, где крестиками отмечены только те его элементы, которые отличны от нуля. Из фиг.6 видно, что в каждой строке матрицы R (к,С|,) число элементов, отличных от нуля, меньше М и зависит от номера С строки; Спектр Уолша Н (о,) от модулированной последователь ности содержит Ы отличных от нуля отсчетов. Отмеченные свойства ядра Фурье и спектра Уолша от модулированной дискретной последовательности Ф(1,р) определяют основное свойство спектра Фурье S (к,р) от этой последовательности, а именно: спектр S (к,р) имеет отличных от нуля 3Ha4eHm ij распределение нулевых и ненулевых значений S(K,P) такое же, как в строке р матрицы ядра Фурье R(p,q), повторенной N раз, где, реСр,ММ uCJ,eip,M4 Отмеченное свойство дискретного спектра Фурье от модулированных noc-i ледовательностей используется в способе: если известен спектральный состав помехи, то полезный сигнал формируется в виде последовательности (1) таким образом, чтобы максимум спектра возбуждаемого сигнала находился на частоте, которой соответствует нулевое значение спектра помехи. Коррелируя далее принимаемый сигнал с возбуждаемой последовательностью, т.е. пропуская принимаемый сигнал через дискретный фильтр с частотной характеристикой S(k,p) можно полностью подавить регулярную помеху, случае, когда существует регулярная периодическая помеха ее дискретный спектр Фурье содержите лишь один отличньй от нуля отсчет на частоте г, Следовательно, если выбрать частоту р модулирующего сигнала (функция Уолша) W(p,i) таким образом, чтобы спектр S(k,p) возбуждаемой последовательности не имел

значащих отсчетов на частоте It,, то в откоррелированном сигнале (сигнал на выходе фильтра) помеха (4) полностью подавляется. Поскольку распределение нулевых и ненулевых значений SCkjp) такое же, как в строке р матрицы ядра Фурье, то как видно из фиг.6, нулегюе значени спектра S (kjp) на частоте 1 обеспечивается если , т.е. частота модулирующей функции Уолша равна удвоенной частоте регулярной периодической помехи. Следует помнить при этом, что равенство справедливо в плане арифметических действий ня конечных интервалах, т.е. Р(2 1)(5 где ( означает значение р по модулю N. Например, для случая, приведенного на фиг.2 (VI 16), при , получаем:

Р (2x9) -2.

Частным случаем рассмотренного способа является формирование последовтельности возбуждаемых идентичных

импульсов в виде импульсов :: -гоугольной формы, в этом случаеЛ (i)i г 1 иФ(р,г),г ), т.е. возбчокдаемое электромагнитное поле представляет собой функцию Уолша с частотой р. Рассмотренная модификация способа имеет то основное преимущество, что ее аппаратурная реализация осуществляется технически наиболее просто.

Использование предлагаемого способа в сравнений с прототипом обеспечивает повышение эффективности геоэлектрических исследований, что достигается за счет подавления регулярных периодических помех, для которьос указанный способ есть способ построения селективных фильтров с высокой избирательностью, кроме того, реализация рассмотренного способа не требует применения г овьгх, в сравнении с прототипом, устройств.

СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКЙ, заключакщийся в возбуждении злектромагнитного поля в виде последовательности идентичных импульсов, модулированной сигналом выбранного кида, и в корреляционном приеме сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности измерений, в качестве модулирующего сигнала используют функцию Уолща, частота которой равна удвоенной частоте регулярной периодической помехи. (Л с о сд 00 . &0

(p,i}

О

О

К

X X X X

X X X X

X X X X

X X X X

zz

в

6

fpue. 5 XX X XXX

ЯРие: 6