Способ геоэлектроразведки

СНИХюсммлаэчетик це ои,З сю а 01 Ч 3 Д ОПИСАНИ ОБРЕТЕН ВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и орденаТрудового Красного Знамени государственный университет им, М.В,Ломоно.".сова. 1979, с. 250-257.2, Трахтман А,М., Трахтман В.А.Основы теории дискретнйх сигналовна конечных интервалах. М "Советское радио", 1975, с. 95-113.3. Мусатов А.А. Аппаратура иметодика.электрометрических исследований На акваториях при решении инжейерйо-геологических задач. Автореф.канд. дисс., М., МГУ, 1980, с.2-14(прототип),(54) (57) СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, заключающийся в возбуждении электро магнитного поля в течение заданного времени Т в виде последовательности идентичных. импульсов с заданной длительностью аТ, каждого импульса, модулированной периодическим сигналом в виде прямоугольной функции, и. в корреляционном приеме сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности разведки за счет повышения.ее поме-. хоустойчивости, возбуждаемую последовательность формируют как сумму но меньшей мере двух последователь- ностей (. с одинаковой длительностью ТоТ - . - 1)ЬТ каждой В-ой из (. упомянутых последовательностей, сдвинутых-относительно начала воз- Е буждения на время ( Р)ьТ соответственно, а в качестве модулирующего сигнала выбирают Функцию Уолша с периодом Т , кроме того принимаемый сигнал коррелируют с каждой из (. упомянутых последовательностей, при В этом корреляцию осуществляют в бази" се функций Уолша, откоррелированные сигналы умножают на модулирующую функцию Ю-ой последовательности, перемножают и суммируют.Изобретение относйтся к геофизическим исследованиям, в частностик геоэлектрическим исследованиямв районах с высоким уровнем регулярных помех.Геоэлектрические методы исследований при работах в крупных эромыш"ленных агломерациях и тяготеющих кним районах встречаются с трудностями, связанными с наличием интенсивных регулярных электромагнитных по Омех, уровень которых намного превосходит достижимый уровень полезного .сигнала.(Известен способ геоэлектроразвед"ки, предназначенный для работы вусловиях интенсивных помех, заключающийся в воэбужпении электромагнитного поля в виде периодическогосигнала и приема с помощью линейных фильтров 1),20Недостатком такого способа является необходимость использованияФильтров, перестраиваемых по частоте, когда сигнал регистрируется наФоне регулярных помех, сосредоточенных в различных частотных диапазонах. Проблема подавления такогорода помех приобретает особуюостроту в тех случаях, когда необ"ходимо выделить сигнал инфранизкойчастоты. В этих условиях созданиеперестраиваемых по частоте фильтровс высокой избирательностью представляет сложную техническую проблемудаже при использовании современноймикроэлектронной технологии, Э 5Наиболее близким .к предлагаемомутехническому решению является способ геоэлектроразведки, заключающий.ся в возбуждении электромагнитногополя .в течение заданного времени Т 40в виде последовательности идентичных импульсов с заданной длительностью ЬТ каждого импульса, модулированной периодическим сигналомв виде прямоугольной функции, и в 45корреляционном приеме сигнала (2) и 3)Согласно известному способупринимаемый сигнал выпрямляется синхронно с генерируемым сигналом,а его постоянную составляющую, несущую полезную информацию выделяют1с помощью фильтра низкой частоты,например интегратора. Тем самымисключается необходимость использо.вания перестраиваемых фильтров.Избирательность приема достигаетсяпри этом соответствующим изменениемвремени возбуждения и приема. В качестве сигнала, образующего в питающей линии последовательность ( заполняющий сигнал ), выбирают обычно 60сигнал, состоящий иэ импульсов прямоугольной формы и полупериодовсинусоидального колебания, а в качестве модулирующей функции - различ"ные виды так называемых меандровых 65,функций, принимающих два значения, Недостаток известного способа .заключается в том, что спектральныесоставляющие помехи на частотах,кратных частоте модулирующего сигнала, не подавляются, поскольку приперемножении такой помехи йа знаковую функцию модулирующего сигнала врезультирующем сигнале появляютсякомбинационные частоты попадающиев полосу пропускания фильтра-интегратора,Целью изобретения является повышение эффективности разведки за счетповышения помехоустойчивости,указанная цель достигается тем,что согласно способу геоэлектроразведки, заключающемся в возбужденииэлектромагнитного поля в течениезаданного времени Т в виде последовательности идентичных импульсовс заданной длительностью ЬТ каждого импульса, модулированной периодическим сигналом в виде прямоугольной функции, и в корреляционном приеме сигналов, возбуждаемуюпоследовательность формируют каксумму по меньшей мере двух последовательностейс одинаковой длительностью Т = Т -( - 1) Ь Т каждой-ой из Ь упомянутых последовательностей, сдвинутых относительно начала возбуждения на время (Д) ЬТсоответственно, а в качестве модулирующего сигнала выбирают ФункциюУолша с периодом Т , кроме того,принимаемый сигнал коррелируют скаждой изупомянутых последовательностей,. при этом корреляциюосуществляют в базисе функций Уолша,откоррелированные сигналы умножаютна модулирующую Функцию 0 -ой последовательности,перемножают и суммируют.На фиг. 1-14 показана последова-.тельность операций возбуждения иприема, вид сигналов, соответствующих каждой из операций, для случая2, причем в течение заданноговремени Т в изучаемой среде возбуждают электромагнитное поле; такоевозбуждение, осуществляемое в возбуждении через диполь последовательности, образуемой идентичными заполняющими импульсами, показанными нафиг. 1, модулированных сигналом ввиде Функций Уолша с периодом То(фиг. 2). Возбуждаемая последовательность имеет вид,.показанный нафиг. 3, эту последовательность можно 1 получить как полусумму двух последовательностей, показанных нафиг. 4 и 5, сдвинутых относительноначала возбуждения на время ( Р)ЬТ,где й 1 и 2 соответственно. При этомдлительность сигналов 4 и 5 (Фиг. 4и 5) одинакова и равна То= Т в (1013888 Принимаемый сигнал коррелнруют с сигналами Ф.( 1, р) 1 и;Ф 2 1,р соответственно, при этом ййтервалы задания сигналов ф (1, р) и ф 2(з р) раж ны между собой и составляют О,Йе), Огибающие Функций Фи Ф есть крйвыеЧ 24 и 5, а соответствующие нм огибающие модулирующих функций Уолша ф 11( Р) и ф 2р) кривые б и 7 (фиг. б и 7).Соответственно имеем ф (1,Р)= Ч%(-И,Р)и 4, М, 2 Представляя корреляцию как прохождение сигналов через Фильтр Уолше, частотные характеристики двух фильт ров Н (Ф) и Н Я) мозно записать как е (З)Н (8) 5 (Ц- Е ф(юР)ф)И)у а результаты корреляции определя-ются соотношениями И -1 Ф,Цр 1 = в,(Еае,Ц 1=0(цЕР)= 5,ИРа(а),20 гдеЧ(,р) - Функции Уолша. Огибающим спектров Н. (й) и Н Ф) соответствуют Функции 8 и 9 Фиг. 8 и 9 ),а огибающим сигналов Ф( р) иф 2(,р) на выходе фильтров - Функции 10 и 11 (фиг. 10 и 11).Особенность .операций корреляции,описываемых выражениями ,4 ), состо"ит в том, что они полностью подавляют сигналы, модулированные функциями Уолша, частота которых отличнаот частоты той модулирующей Функции, с которой согласован коррели"рующий фильтр, Поскольку последовательности Фи Ф 2.модулированыфункциями Уолша различной частоты,то откоррелированные сигналы ч иф не будут евдержать состаляющихсиЪ нада, частота модулирующихфункций которого равна или кратначастоте Рй Функции Ю(1 Р)"Ю(4 44.Р)и частоте. Р функции В 1 р )-ЖИсоотве.ствейно,3.-1) дТ, а их модулнрующимн сигналамиявляются функции Уолша с периодомТр, 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 точностьюдо 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 корреляции можно представить как пропускание принимаемогосигнала через Фильтры с частотными 5характеристиками, 8.и 9 (фиг. 8 н 9),1 которые представляют собой спектрысигналов Н 1( Р) и Н( ), приведенных на фиг. 4 и 5 в базисе функцийУолша соответственно, Откоррелированные сигналы ф, (1, р) и Фа(1 р)(фиг. 10 и 11) перемножают на модулирующие сигналы б и 7 соответственно;полученные детектированные сигналыперемножают и суммируют. На фиг. 12приведен заполняющий сигнал, а нафиг. 13-14 - сигналы на выходахкорреляторов.Математическая запись рассмотренных операций в терминах анализа дискретных сигналов и линейных дискрет.ных систем имеет следующий вид:а(1) - заполняющий сигнал, заданный в й точках на интервале ГО,Н,которому соответствует непрерывныйинтервал ГО,ЬТД; огибающей диск.ретного сигнала а(1) является сигнал1 (фиг, 1).Ч( 1) - дискретная йоследовательность,.состоящая из МТ/ьТ сигналова(1) и заданная, соответственно в 40м И й и точках на интервале о,й,которому соответствует непрерывный,;интервал 0, Т ) ,Ч(р,1) - дискретная модулирующаяфункция Уолша, огибающей которой . 45является сигнал 2 (фиг. 2); 1, р -текущие параметры)Ы(р, 1)задана на интервале ГО, М)и является периодической функцией с периодом Тр Т - 1.-13 ЬТ 1 50дискретный период равен Нр.й(М-+1),дискретная переменная Р имеет смысл;частоты,Поскольку используются спектральные преобразования в базисе ФункцийУолша, то на и и йрнакладяваютсяследующие ограничения И а 2 п;йр 2 ф; где и и пр - целые чиспрла,Возбуждаемая дискретная последовательность ф (1, р) имеет вид 60ФДР)=Ч Ф(,Р), 1)Огибающий сигнал Ф (1, р) соответствует функция 3 (фнг. 3 ), 65.1013 Е 88Специфическая особенность 4 рпера ции 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, моду" лированных той же функцией %(1,р) .Следовательно, как и сигнал, так ЗО и помеха, откоррелированные с Ф будут модулированы функцией % (1,р ), т.е. тф 41-д(Ч 1=Ч(1)+ЬИ 1 а,(1,р,(ц ис о где У ) и Ь (1) - последователь. и ность иэ М ицейтичных импульсов е йаждая; для Ф 1(1, р ) - это Ч(1) - 40 м результат корреляции сигнала ф(1, р,)в для П (1) - это некоторая дискретная у Функция Ъ.ф 1) , вид которой зависити от характеристики помехи й корреля- т ,тора.45умножив обе части (5 )на 9.,(1,р. Ц получаемо) Ц) 1,6,поскольку Ф (1, р) ь 1. 50Аналогично в результате корреляции принимаемого сигнала с сигна- ф лом Ф 2 (1, р ) получаемну"г(фр 2) = (1)+ ф И (Ч.В случае периодической помехи с , 55 Су частотами, равными или кратйыми Р 1 ко или Р, произведение 61(1) Ь (1 ) = О, не т.е. при перемножении и суммировании чт Сигналов А 1 и А помеха будет подав- ли ляться полностью. 60 боДля суммарных помех или периоди- из ческих помех с другими частотами ,зо перемножение и суммирование откор- ст релированных сигналов позволяетпр существенно подавить помеху. 65 аДействие операции корреляции вслучае, .когда принимаемый сигналесь результат наложения полезного,сигнала и помехи, рассмотрим на примере одного корРелятора. Будем кор" .релировать сигнал Ф(1, р ) с суммар;фным Сигналом,1ф (1 р)+ Р(1),где П(1.) - помеха. 1Откоррелированный сигнал имеетййД. а (,):ф, р,)+И,т:поскьльку составляющая сигналаф(1,р);равная Ф (1 р), в результате корреляции полйостьюпо-,давляется. Использование предлагаемого спосо 6 а в сравнении с известным обеспечивает повышение эффективностигеоэлектрических исследований, чтодостигается эа счет следующих фак-.торов: происходит значительно болеесилцйое подавление помех; при нали-.чии периодических регулярных помехуменьшается время Т возбуждения .иприема, поскольку для подавленияО помех такого родавозмржно применение высокоизбирательных фильтровУолша и при малых Т. Тем самым по. вышается производительность работ;реализация рассмотренного способа5 не требует применения новых специальных устройств поскольку спектраль, ное разложение дискретных последовательностей в базиСе. функций Уолшаможно вести на основе стандартныхпроцессоров быстрого преобразованияФурье (БПФ ),Основная область применения предложенного способа - геоэлектрическиеисследования в условиях сильных регулярных электромагнитных помех,связанных с наличием мощных промышленных источников тока.Предлагаемый способ .опробован спомощью численногомоделирования,результаты которого рассматривалисьниже. На фиг. 12 показан заполняющий сигнал, сформированный из полупериедов синусоидального тока единичной амплитуды промааленной часоты 50 Гц; Переходя к дискретнойеременнойи считая, что периодуинусоиды 50 Гц соответствует 16тсчетов, сформированы сигналы нантервале йц щ 512, что соответствут времени .Т640 мс. В качествеодулирующих сигнала рассмотрены 16озможных функций Уолша, взятые впорядочении Пэли (.2). Регулярнаяомеха задается в виде синусоидыакже единичной амплитуды с частотойт 1 до 100 Гц с шагом дГ 1 Гц.ривые на фиг. 13 и 14 показываюттношение амплитуды сигнала к амплиуде помехи на выходе одиночныхорреляторов, согласованных с сигнаами, модулирующие функции которыхадавались соответственно в видеункции Уолша И(2, ) и в виде сдвитой функции Уолша - Ч(2, 1 - 32)именение одиночных фильтров аналочно действию известного способа.шествуют диапазоны частот, дляторых подавление помехи происходитэффективно, Расчеты показывают,о при2 способ позволяет увечить степень подавления помехилее чем на порядок в сравнении свестным способом, в широком диапане частот, Лишь для двух частотепень подавления в сравнении сототипом увеличена не на порядок,в 3-4 раза,1013888 Составитель Л. Воскобойников.актор П, Коссей Техред С,МигуноваКорректор М. Коста акаэ 3010/54В 1303 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 7 ИПИ Госуда по делам иМосква, Ж 8ственного комиобретений и о35, Раушская Подписноеета СССРрытийд. 4/5