Способ геоэлектроразведки

 

СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, заключающийся в возбуждении электромагнитного пдляв 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

ае ои, СОЮЗ COBETCHHX

Ф ЛВФ

РЕСПУБЛИК

I ф @п 6 01 Ч 3/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ уФ

С

Жг.1. н втокввмм свидпвъству (21) 3343720/18-25 (22) 08. 10. 81 (6) 23.04.83. Бюл. 9 15 (72) А.В. Калинин, В,.В. Калинин, A.A.:Мусатов и Б.Л. Пивоваров (71) Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена

Трудового Красного Знамени государственный университет им. M.Â.Ëoìoío.". сова (53) 550.837(088.8) (56) 1.Бобровников Л.З.,Кадыров И.Н., Попов В;А. Электроразведочная аппа. ратура и оборудование. М., "Недра", . 1979, с. 250-257.

2. Трахтман A.М., Трахтман В.A.

Основы теории дискретнйх сигналов на конечных интервалах. М., "Советское радио", 1975, с. 95-113.

3. Мусатов A. A. Аппаратура и методика . электрометрических исследований На акваториях при решении инженерйо-геологических задач. Автореф. канд. дисс., М., МГУ, 1980, с.2-14 (прототип).. (54) (57) СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, заключающийся в возбуждении электромагнитного поля в течение заданного времени Т в виде последовательности идентичных. импульсов с заданной длительностью giТ, каждого импульса, модулированной периодическим сигналом s виде прямоугольной функции, и в корреляционном приеме сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разведки за счет повышения.ее поме-. хоустойчивости, возбуждаемую последовательность формируют как сумму но меньшей мере двух последователь- ностей L с одинаковой длительностью

То T - (L — 1)йТ кажцой В-ой из упомянутых последовательностей, сдвинутых- относительно начала воз- Е буждения на время (Р-1)ьТ соответственно, а в качестве модулирующего сигнала выбирают функцию Уолша с периодом Т, кроме того принимаемый сигнал коррелируют с каждой из (. упомянутых последовательностей, при Я этом корреляцию осуществляют в базисе функций Уолша, откоррелированные сигналы умножают на модулирующую функцию Ю-oN последовательности, перемножают и суммируют.

1013888

Изобретение относйтся к геофизи ческим исследованиям, в частности к геоэлектрическим 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 интенсивных регулярных электромагнитных помех, уровень которых намного превосходит достижимый уровень полезного сигнала.

Известен способ геоэлектроразведки, предназначенный для работы в условиях интенсивных помех, заключающийся в воэбужпении электромагнитного поля в виде периодического сигнала и приема с помощью линейных фильтров (1), 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 перестраиваемых по частоте фильтров с высокой избирательностью представляет сложную техническую проблему даже при использовании современной микроэлектронной технологии.

Наиболее близким .к предлагаемому техническому решению является способ геоэлектрораэведки, заключающий.ся в возбуждении электромагнитного поля .в течение заданного времени Т в виде последовательности идентичных импульсов с заданной длительностью Т каждого импульса, модулированной периодическим сигналом в виде прямоугольной функции, и в корреляционном приеме сигнала (2)и (3J.

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, образующего в питающей линии последовательность (заполняющий сигнал ), выбирают обычно сигнал, состоящий иэ импульсов пря моугольной формы и полупериодов синусоидального колебания, а в качестве модулирующей функции — различные виды так называемых меандровых

r. 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 йа знаковую функцию модулирующего сигнала в результирующем сигнале появляются

10 комбинационные частоты,, попадающие в полосу пропускания фильтра-интегратора.

Целью изобретения является повышение эффективности разведки за счет

15 повышения помехоустойчивости.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу геоэлектроразведки, заключающемся в возбуждении электромагнитного поля в течение заданного времени Т в виде последовательности идентичных импульсов с заданной длительностью ЬТ каждого импульса, модулированной периодическим сигналом в виде прямоугольной функции, и в корреляцион2 :ном приеме сигналов, возбуждаемую последовательность формируют как сумму по меньшей мере двух последовательностей L с одинаковой длительностью Те= Т -(L - 1) Ь Т каждой

t-ой из упомянутых последовательностей, сдвинутых относительно начала возбуждения на время (Д- 1) дТ соответственно, а в качестве модулирующего сигнала выбирают функцию

35 Уолша с периодом Т, кроме того, принимаемый сигнал коррелируют с каждой из L упомянутых последовательностей,. при этом корреляцию осуществляют в базисе функций Уолша, 4р откоррелированные сигналы умножают на модулирующую функцию 3 -ой последовательности,перемножают и суммируют.

На фиг. 1-14 показана последова-.

45 тельность операций возбуждения и приема, вид сигналов, соответствующих каждой из операций, для случая

L 2, причем в течение заданного времени Т в изучаемой среде возбуждают электромагнитное поле; такое возбуждение, осуществляемое в воз— буждении через диполь последователь . ности, образуемой идентичными заполняющими импульсами, показанными на фиг. 1, модулированных сигналом в виде функций Уолша с периодом То (фиг. 2). Возбуждаемая последовательность имеет вид,-показанный на фиг. 3, эту последовательность можно1получить как полусумму двух по60 следовательностей, показанных на фиг. 4 и 5, сдвинутых относительно начала возбуждения на время (Р-1)ЬТ, где t1 и 2 соответственно. При этом длительность сигналов 4 и 5 (фиг. 4

65 и 5) одинакова и равна То= Т -(1013888

-1) AT, а их модулнрующими сиги лами ЯвлЯютсЯ функции Уолша с периодом

Тр, показанные на фиг. б и 7, и равным длительностям сигналов

В тех случаях, когда распространение электромагнитного поля в геоэлектрическом разрезе не сопровождается частотно-зависимыми искажениями, принимаемый сигнал с точностью до постоянного множителя представлен сигналом на фиг. 3. Этот сигнал 1(} коррелируют с сигналами 4 и 5 (фиг. 4 и 5) в базисе функций Уолша.

Операцию к рреляции можно представить как пропускание принимаемого сигнала через фильтры с частотными 15 характеристиками. З.и 9 (фиг. 8 и 9), которые представляют собой спектры сигналов Н 1(Р) и Н { а), приведенных на фиг. 4 и 5 в базисе функций

Уолша соответственно. Откоррелированные сигналы ф„(i р) и ф (i p) (фиг. 10 и 11) перемножают на модулирующие 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 дискретных сигналов и линейных дискрет.ных систем имеет следующий Вид: а(i) — заполняющий сигнал, заданный в N точках на интервале СО,й-1(, которому соответствует непрерывный интервал fO,hT); огибающей диск.ретного сигнала a(i) является сигнал

1 (фиг. 1).

Я(i) — дискретная йоследовательность,. состоящая из М Т/дТ сигналов а(!) и заданная, соответственно- s 40

M и й точках на интервале (O,й-13, которому соответствует непрерывный .;Интервал (О, Т ) .

Ч(р,i) — дискретная модулирующая функция Уолша, огибающей которой . 45 является сигнал 2 (фиг. 2); i, р —текущие параметры)

M(p, i)задана на интервале 0, N-11 и является периодической функцией с пеРиодом Тр Т вЂ” (1.-1 4Т; 5р дискретный период равен йр---й (M-i.+1), дискретная переменная Р имеет смысл частоты.Поскольку используются спектральные преобразования в базисе Функций

Уолша, то íà N и йрнаклащяваются следующие ограничения: и 2п"; йр 2 Е; где и и пр — целые чисnð. 4 ла, Возбуждаемая дискретная последовательность ф (i, р) имеет вид . Ф (Д P) =V (i ) % (i, Р}. (1 )

Огибающий сигнал Ф (i, р) соответствует функция 3 (фиг. 3 ). 65.

Принимаеьый сигнал коррелируют с сигналами ф. (i, р) 1и;ф2(i,р) соответственно, при этом ийтервалы задаНИЯ СИГНВЛОВ ф (ie P) И Ф2 (1e Р) Рав ны между собой и составляют (О,hlе-11, Огибающие функций Ф„и ф есть крйвые

Ч

4 и 5, а соответствующие нм огибающие модулирующих функций Уолша

iР 2 P) (фиг. б и 7) .

Соответственно имеем

Ф,(1 Р)= 4(Ж(1, р) 04i < N -1 (

Представляя корреляцию как прохождение сигналов через фильтр Уолше, частотные характеристики двух фильт ров Н.,(Ф) и Н (9) можно записать как

1 1 (3!

Н (Ц 52()= и Ф2(вР) }(, )ф а результаты корреляции определя- ются соотношениями

I где ЧЧ(, р) — функции Уолша. Огибающим спектров Н.(й) и Н lf) соответствуют функции 8 и 9 (3иг. 8 и 9 ),. а огибающим сигналов. Ф„(1,р) и

<2(i,p) на выходе фильтров — функ ции 10 и 11 (фиг. 10 и 11).

Особенность,операций корреляции, описываемых выражениями (4 }, состоит в том, что они полностью подавляют сигналы, модулированные функциями Уолша, частота которых отлична от частоты той мадулирующей функции, с которой согласован коррелирующий фильтр. Поскольку последовательности Ф и Ф2.модулированы функциями Уолша различной частоты, то откоррелированные сигналы 4 и

ô не бущгт евдержать соста..ляющнх сиЪ нала, частота модулирующих функций которого равна или кратна частоте Рй функции Ю (1,р )= Ю(4-44 р) и частоте. Р функции В„(1, р ) = Ю(; р } соотве-.ствейно.

1013888

1г

t0 Действие операции корреляции в случае, .когда принимаемый сигнал ес ь результат наложения полезного ,сигнала и помехи, рассмотрим на при мере одного корРелятора. Будем кор- . релировать сигнал („(i, p ) с суммар ным Сигналом, 1

Ф (i„p)+ A(i), . где П (1.) — помеха..

Откоррелированный сигнал имеет вйд .

4 ()-Ф (, p )+fl ч;.

: поскольку составляющая сигнала

Ф(1, р),равная Фг(1 р ), в результате корреляции полйостью по-, давляется.

Специфическая особенность 4рперации корреляции в базисе функций Уолша 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 9/(,p) .

Следовательно, как и сигнал, так ЗО и помеха, откоррелированные с Ф„ будут модулированы функцией Ю„(1,pÄ)p т.е. (4(= (, (зр„)=(ЧО(+Ь„(И)% (i,р (,($f

1 где Р() ) и Ь. (Ф) — последователь ность иэ М ицейтичных импульсов йаждая; для Ф1(1, р., )- это Y(i) — 4О результат корреляции сигнала Ф (1, p„);;. для П (i ) — это некоторая дискретная

Функция Ъ ф1), вид которой зависит от характеристики помехи и корреля.тора. 45 умножив обе части (5 )на N„(i, p„)I( получаем

А (,Р )= РЬ)+ Ь (т) (6) поскольку Ф (1, р) =- 1., So

Аналогично в результате корреляции принимаемого сигнала с сигналом Фг (i, р ) получаем

"г() 2)= () ъг®

В случае периодической помехи с частотами, равными или кратйыми Р, или Р, произведение 6Ä(i} 6 (1 ) = О, т.е. при перемножении и суммировании

Сигналов A 1и A помеха будет подавляться полностью.

Для суммарных помех или периодических помех с другими частотами перемножение и суммирование откоррелированных сигналов позволяет существенно подавить помеху. 65

Использование предлагаемого cnocoda в сравнении с известным обеспечивает повышение эффективности геоэлектрических исследований, что достигается эа счет следующих фак-. торовг происходит значительно более силциое подавление помех; при наличии периодических регулярных помех уменьшается время Т возбуждения -и приема, поскольку для подавления помех такого рода возмржно применение высокоизбирательных фильтров

Уолша и при малых T. Тем самым по. вышается производительность работ; реализация рассмотренного способа не требует применения новых специальных устройств„ поскольку.спектраль, ное разложение дискретных последовательцостей в базиее.функций Уолша можно вести на основе стандартных процессоров быстрого преобразования

Фурье (БПФ ), Основная область применения предложенного способа — геоэлектрические исследования в условиях сильных регулярных электромагнитных помех, связанных с наличием мощных промышленных источников тока.

Предлагаемый способ .опробован с помощью численного моделирования, результаты которого рассматривались ниже. На фиг. 12 показан заполняющий сигнал, сформированный из полупериедов синусоидального тока единичной амплитуды промааленной частоты 50 Гц; Переходя к дискретной переменной t и считая, что периоду синусоиды 50 Гц соответствует 16 отсчетов, сформированы сигналы на интервале М 512, что соответствует времени .Т 640 мс. В качестве модулирующих сигнала рассмотрены 16 возможнык функций Уолша, взятые в упорядочении Пэли (.2). Регулярная помеха задается в виде синусоиды также единичной амплитуды с частотой от 1 до 100 Гц с шагом М 1 Гц.

Кривые на фиг. 13 и 14 показывают отношение амплитуды сигнала к амплитуде помехи на выходе одиночных корреляторов, согласованных с сигна лами, модулирующие функции которых задавались соответственно в виде. функции Уолша W(2, l) и в виде сдвинутой функции Уолша — Ч(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 увеличить степень подавления помехи более чем на порядок в сравнении с известным способом, в широком диапа,зоне частот. Лишь для двух частот степень подавления в сравнении с прототипом увеличена не на порядок, а в 3-4 раза.

1013888

ФЬа 3 фий.80

1013888

Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3010/54

Филиал IIIIIT "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Л. ВоскобойниковРедактор П. Еоссей Техред С,Мигунова Корректор M. Коста