Способ радиолокационного обнаружения предвестников тектоактивности и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к геофизике и предназначено для использования при прогнозировании землетрясений, горных толчков и ударов и- контроле электромагнитной обстановки.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности и достоверности обнаружения.

Изобретение поясняется структурными схемами передающей и приемной установок (фиг.1 и 2) устройства для осуществления способа радиолокационного обнаружения предвестников тектоактив- ности и эпюрами сигналов (фиг.З) для передающей установки.

Устройство содержит передающую установку 1 в составе источника тока 2, коммутатора 3, антенны возбуждения 4, формирователя опорной последовательности токовых импульсов 5, измерителя тока 6, блока автоматики 7, приемную установку 8 в составе приемной антенны 9, усилителя 10, порогового устройства 11, регистратора 12, блока управления 13, канал связи 14, блок псевдослучайной последовательности 15, первый блок модификации псевдослучайной последовательности 16, второй блок модификации псевдослучайной последовательности 17, первый приемник 18, второй приемник 19, первый диполь антенны возбуждения 20, второй диполь антенны возбуждения 21, первый диполь приемной антенны 22, второй диполь приемной антенны 23, первый усилитель 24, второй усилитель 25, первый пороговый элемент 26, второй пороговый элемент 27.

В передающей установке 1 источник тока 2, коммутатор 3 и антенна возбуждения 4 соединены последовательно, выход контроля источника тока 2. входы управления коммутатора 3 и формирователя опррной последовательности токовых импульсов 5. а также выход контроля измерителя тока 6 соединены с соответствующими входами и выходами блока автоматики 7, В приемной установке 8 приемная антенна 9 и усилитель 10. а также пороговое устройство 11 и регистратор 12 соединены последовательно, входы контроля блока управления 13 соединены через канал связи 14 с соответствующими входами блока автоматики 7 передающей установки 1. Первый, второй и третий входы блока псевдослучайной последовательности 15 соединены соответственно с выходом формирователя опорной последовательности токовых импульсов 5, вторым и третьим выходами блока автоматики 7, а его первый и второй, первый и третий выходы соединены попарно с соот- ветстующими первым и вторым входами

первого и второго блоков модификаций псевдослучайной последовательности 16 и 17, причем выходы блоков модификаций 16 и 17 соединены с соответствующими сигнальными входами коммутатора 3 и входами контроля блока автоматики 7. Сигнальные входы первого и второго приемников 18 и 19 соединены через усилитель 10с соответствующими отводами приемной антенны 9, а

их вторые входы соединены с соответствующими выходами блока управления 13, выходы приемников 18 и 19 соединены через пороговое устройство 11 с соответствующими входами регистратора 12. Отводы перво5 го и второго диполей 20 и 21 антенны возбуждения 4 соединены с соответствующими выходами коммутатора 3 и входами измерителя тока 6, отводы первого и второго диполей 22 и 23 приемной антенны 9

0 раздельно подсоединены соответственно через первый и второй идентичные усилители 24 и 25 к сигнальным входам соответственно первого и второго приемников 18 и 19, выходы которых раздельно соединены

5 соответственно с первым и вторым пороговыми элементами 26 и 27.

Способ заключается в следующем. В массиве пород земной коры возбуждают для заданной глубины зондирования

0 электромагнитное поле с помощью размещенной на поверхности антенны возбуждения опорной последовательностью биполярных прямоугольных токовых импульсов. Осуществляют прием вторичного

5 электромагнитного поля с помощью приемной антенны, размещенной на заданном расстоянии от антенны возбуждения, соизмеримом с глубиной зондирования. Прием осуществляют в диапазоне очень низких до

0 30 кГц частот, при этом диаграмма направленности приемной антенны аналогична ди- аграмме направленности антенны возбуждения и коллинеарна плоскости земной поверхности. Для повышения разреша5 ющей способности и достоверности обнаружения предвестников тектоэктивно- сти возбуждение электромагнитного поля осуществляют антенной возбуждения, диаграмма направленности которой имеет вид

0 диаграммы направленности пары ортогональных идентичных электрических диполей, внешние поверхности которых находятся в непосредственном электрическом контакте с приповерхностным слоем

5 земной коры. Каждый токовый импульс опорной последовательности задают при этом в виде двух взаимоортогональных модификаций псевдослучайной последова- , тельности, кратной заданной длительности субимпульса и с заданным числом субимпульсов, соответствующим числу разрешаемых уровней по заданной глубине зондирования, причем каждая последующая псевдослучайная последовательность является дополнением предыдущей, причем смежные по времени субимпульсы каждой модификации не образуют расширенный субимпульс одной полярности, а синфазная суперпозиция модификаций соответствует опорной последовательности токовых импульсов. На выходе каждого диполя приемной антенны получают при этом сигнал - .предвестник в виде разностного сигнала между опорным сигналом и сигналом приемной антенны. Судят о наличии тектоак- тивности массива пород земной коры по превышению сигнала - предвестника заданного порога, соответствующего пассивному состоянию массива пород.

Устройство, реализующее способ, функционирует следующим образом.

В передающей установке 1 напряжение с выхода источника тока 2 подается по силовым шинам на соответствующие входы коммутатора 3, а формируемая на его выходе последовательность биполярных прямоугольных токовых импульсов поступает на входы антенны возбуждения 4. Закономерность изменения полярности последовательности на входе антенны возбуждения определяется опорной последовательностью биполярных прямоугольных токовых импульсов на выходе соответствующего формирователя 5. Интенсивность последовательности токовых импульсов на входе антенны возбуждения 4, оцениваемая в измерителе тока 6, входы которого подключены к соответствующим выходам коммутатора 3, а выход соединен с соответствующим входом контроля блока автоматики 7, регулируют путем подачи с одного выхода контроля блока автоматики соответствующего сигнала на соответствующий вход источника тока 2. Начало поступления токовых импульсов на входы антенны возбуждения 4 .определяют импульсами управления, которые подают синхронно с выхода управления и первого выхода блока автоматики 7 на соответствующие входы коммутатора 3 и формирователя опорной последовательности токовых импульсов 5. Прием вторичного электромагнитного поля в приемной установке 8 осуществляют с помощью приемной антенны 9, которую размещают на заданном расстоянии от антены возбуждения 4, соизмеримом с глубиной зондирования, Принимаемый в диапазоне очень низких до 30 кГц частот сигнал вторичного поля поступает по соответствующим отводам приемной антенны на входы усилителя 10, после

его усиления и последующего сравнения с опорным сигналом формируется сигнал - предвестник, который подается на входы порогового устройства 11 и при превыше- 5 нии заданного порога - на входы регистратора 12. Опорный сигнал формируется на выходе блока управления 13 из сигнала, который поступает по каналу связи 14 между входами контроля блока автоматики 7, сое0 диненными с сигнальными входами коммутатора 3, и блока управления.

Для получения псевдослучайной последовательности, адекватной опорной последовательности биполярных прямоугольных

5 токовых импульсов (фиг.За), на первый вход блока псевдослучайной последовательности 15 подают с выхода формирователя 5 опорную последовательность токовых импульсов, а на его второй и третий входы - с

0 соответствующих выходов блока автоматики 7 синхроимпульсы (фиг.Зб) с периодом следования, равным полупериоду следования опорных токовых импульсов, и тактовые импульсы (фиг.Зв) с периодом, равным дли5 тельности субимпульса, причем период синхроимпульсов кратен периоду тактовых импульсов. В результате преобразования опорной последовательности токовых импульсов, синхро- и тактовых импульсов на

0 первом выходе блока псевдослучайной последовательности 15, соединенном с первыми входами первого - 16 и второго - 17 блоков модификаций псевдослучайной последовательности, формируется биполяр5 ная псевдослучайная последовательность, кратная заданной длительности субимпульса и с заданным числом субимпульсов, причем каждая последующая псевдослучайная последовательность соответствует токово0 му импульсу опорной последовательности и является дополнением предыдущей, на втором его выходе, соединенном с соответствующим входом блока 16, образуется однололярная последовательность субим5 пульсов с периодом следования, равным длительности субимпульса, на третьем его выходе, соединенном со вторым входом блока 17, формируется последовательность, аналогичная последовательности на втором

0 выходе блока 15 и смещенная по времени на период следования тактовых импульсов.

Пример биполярной псевдослучайной последовательности, кратной длительности 5 семи субимпульсов и соответствующей опорной последовательности токовых импульсов, и последовательности Субимпульсов, формируемых соответственно на первом и втором выходах блока 15, показан на фиг.З.г и д.

В результате преобразования биполярной псевдослучайной последовательности и последовательностей субимпульсов, поступивших на соответствующие входы первого - 16 и второго - 17 блоков, на их раздельных выходах формируются две взаимоортогональные на интервале задания токового импульса модификации (фиг,3е,з ж) псевдослучайной последовательности, причем смежные по времени субимпульсы каж- дои модификации не образуют расширенный субимпульс одной полярности, а синфазная суперпозиция модификаций соответствует опорной последовательности токовых импульсов, которые поступают далее на входы контроля блока автоматики 7 и канала связи 14, а также на соответствующие сигнальные входы коммутатора 3. Тем самым обеспечивается формирование опорного сигнала на выходе блока управления 13, который пода- ется на вторые входы .первого 18 и второго 19 приемников, и коммутация источника тока 2 к первому 20 и второму 21 диполям антенны возбуждения 4. Сигналы вторичного поля с выходов первого 22. и второго 23 диполей приемной антенны 9 подаются раздельно на входы первого 24 и второго 25 идентичных усилителей и далее на соответствующие сигнальные входы первого 18 и второго 19 приемников. В результате сравнения принятого сигнала с опорным на выходах приемников 18 и 19 образуется сигнал-предвестник, который подается на первый 26 и второй 27 пороговые элементы и при превы- шении.заданных порогов - на соответству- ющие входы регистратора 12.

Формулаизобретения 1. Способ радиолокационного обнаружения предвестников тектоактивности, при котором в массиве пород земной коры воз- буждают для заданной глубины зондирования электромагнитное поле с помощью размещенной на поверхности антенны возбуждения опорной последовательностью биполярных прямоугольных токовых им- пульсов, осуществляют прием вторичного электромагнитного поля с помощью приемной антенны, размещенной на заданном расстоянии от антенны возбуждения, соизмеримом с глубиной зондирования, прием осуществляют в диапазоне очень низких до 30 кГц частот, при этом диаграмма направленности приемной антенны аналогична ди- аграмме направленности антенны возбуждения и коллинеарна плоскости зем- ной поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и достоверности обнаружения, возбуждение электромагнитного поля осу- ществляют антенной возбуждения, диаграмма направленности которой имеет вид диаграммы направленности пары ортогональных идентичных электрических диполей, внешние поверхности которых находятся в непосредственном электрическом контакте с приповерхностным слоем земной коры, при этом каждый токовый импульс опорной последовательности задают в виде двух взаимно ортогональных модификаций псевдослучайной последовательности, кратной заданной длительности субимпульса, и с заданным числом субимпульсов, соответствующим числу разрешаемых уровней по заданной глубине зондирования, причем каждая последующая псевдослучайная последовательность является дополнением предыдущей, смежные по времени субимпульсы каждой модификации не образуют расширенный субимпульс одной полярности, а синфазная суперпозиция модификаций соответствует опорной последовательности токовых импульсов, при этом на выходе каждого диполя приемной антенны получают сигнал-предвестник в виде разностного сигнала между опорным сигналом и сигналом приемной антенны, судят о наличии тектоактивности массива пород земной коры по превышению сигнала-предвестника заданного порога, соответствующего пассивному состоянию массива пород.

2. Устройство для радиолокационного обнаружения предвестников тектоактивности, содержащее передающую установку, состоящую из последовательно соединенных источника тока, коммутатора и антенны возбуждения, а также формирователя опорной последовательности токовых импульсов, измерителя тока и блока автоматики, при этом входы контроля блока автоматики соединены с соответствующими выходами источника тока и измерителя тока, а выходы управления блока автоматики соединены с соответствующими входами коммутатора и формирователя, а также содержащее приемную установку, состоящую из последовательно соединенных приемной антенны, идентичной антенне возбуждения, и усилителя, а также состоящую из порогового устройства, регистратора и блока управления, содержит также канал связи между входами контроля блока автоматики передающей установки и соответствующими входами блока управления приемной установки, отличающееся тем, что передающая установка содержит блок псевдослучайной последовательности, первый и второй блоки модификаций псевдослучайной последовательности, причем первый, второй и третий входы, блока .псевдослучайной последовательности соединены соответственно с выходом формирователя опорной последовательности токовых импульсов, вторым и третьим выходами блока автоматики, а его первый и второй, первый и третий выходы соединены попарно с соответствующими первым и вторым входами первого и.второго блоков модификаций псевдослучайной последовательности, выходы которых соединены с соответствующими сигнальными входами коммутатора и входами контроля блока автоматики, приемная установка содержит первый и второй приемники, сигнальные входы которых соединены через усилитель с соответствующими отводами приемной антенны, а их вторые входы соединены с соответствующими выходами блока управления, выходы приемников соединены через пороговое устройство с соответствующими входами регистратора.

3. Устройство по п.2, отличающее- с я тем, что каждая антенна выполнена в виде двух ортогональных диполей, расположенных в приповерхностном слое земной коры, причем отводы первого и второго диполей антенны возбуждения соединены с соответствующими выходами коммутатора и входами измерителя тока, при этом усилитель выполнен в виде двух идентичных усилителей, раздельно подсоединенных к отводам соответственно первого и второго диполей приемной антенны, причем выходы усилителей соединены с сигнальными входами соответствующих приемников, а пороговое устройство выполнено в виде двух параллельных пороговых элементов, один из которых соединен с выходом первого приемника, а другой - с выходом второго приемника.

Использование: в области геофизики при прогнозировании землетрясений, горных толчков и ударов на основе радиолокационного обнаружения аномальных вариаций эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) массива пород в сейсмоопасной зоне земной коры как оперативных электромагнитных предвестников. Сущность изобретения: потенциально очаговую зону ступенчато возбуждают нестационарным полем размещенной на земной поверхности антенны, сформированной суперпозицией двух взаимоортогональных, находящихся в непосредственном контакте с земной поверхностью электрических диполей, причем возбуждают кодированной импульсной последовательностью биполярных импульсов тока таким образом, что каждый диполь коммутируют взаимоортогональными модификациями кодированной последовательности, причем смежные во времени субимпульсы модификации не образуют расширенный одной полярности элементарный импульс, а синфазная суперпозиция модификаций представляет собой исходную кодированную последовательность, на заданном расстоянии принимают в диапазоне крайне низких и сверхнизких частот излучение антенной, выполненной аналогично антенне возбуждения, причем в каждом парциальном канале приема формируют сигнал очаговой зоны, регистрируют результаты детектирования, уровень которых превышает заданный порог обнаружения, и принимают решение об обнаружении очаговой зоны. В устройстве, реализующем заявляемый способ, содержащем передающую (возбуждения) и приемную антенны с соответствующими функциональными блоками дополнительно введены два парциальных диполя возбуждения, два диполя приемной антенны, с соответствующими функциональными блоками. 2 с.п. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил. со о о ы

от передающей установки Фиг. 2

г Г

un

3

U

ru

ц