一种基于相关辨识频域方法的探测地下介质系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于相关辨识频域方法的探测地下介质系统，包括：第一信号产生模块、第一大地系统、第一时间同步模块、第一信号接收模块、第一自相关模块、第一频域转换模块、第一互相关模块、第二频域转换模块和第一系统函数求解模块。本发明专利技术能实现在利用相关辨识的频域方法压制噪声、获得大地的视电阻率的功能，具有操作简单、节约人力、精度高的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于相关辨识频域方法的探测地下介质系统及其方法。
技术介绍
地下介质探测系统一直以来都是我国勘探工作的核心系统。电法探测系统是其中之一。勘探的重要环节就是结合仪器所选取的方案，在实际的勘探过程中，往往在大地系统中伴随着较大的随机噪声，这对获取地下介质的参数有很大的阻碍。在辨识过程中，发送的电流信号、采集的电压信号、计算所采用的方案、数据处理的流程等，都对最后得到参数的结果有着很大的影响。虽然我国在电法发面已经从开始的直流电阻率法的解决方案过度到频率电阻率法的解决方案，但是频率法的效率低这个特点明显限制了勘探的效率。但是基于相关辨识的频域方法的勘探系统改正了这个缺点，它兼具直流法效率高和频率法探测准确的特点，最重要的是这种方法有很强的抑制噪声的能力，这对勘探有着很大的意义。目前，我国用于探测地下物质参数的有效方法主要是直流法(时间域电法)、交流电法(频率域电法)和过度过程法(脉冲瞬变场法)。这几种探测方案已经不能满足现在大规模勘探、高精度勘探的形势。在电法逐步发展的过程中，发展出了双频激电法，如专利技术专利88105655.3所描述的是一种频率域电法，它是对频率域电法的发展。其原理是分配不同时间下发送信号的高低电平持续时间，从而使得信号的频率按照对数呈现，以此满足不同深度的探测。根据趋肤深度的计算公式其中△为穿透深度，f为磁场频率，μ为磁导率，ν为电导率。由于所发射的电流的频率f的频点为指数增长的，所以计算的探测深度与各个频点呈正比，由此计算出所测大地的电导率。由于发送的电流频点个数有限，在一定程度上相比扫频法的效率是提高了很多，但是这种方法本身并没有抑制噪声的能力，在频点增多时候，勘探的质量得不到保证。因此，找到一种既有抑制噪声又可以大幅度提高便是效果的辨识系统是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服了现有技术的不足，在可以调节发送频率来达到探测深度的基础上，结合系统在频域完成相关辨识，抑制了噪声干扰，提高了探测精度。本专利技术的技术解决方案为：一种基于相关辨识频域方法的探测地下介质系统，包括：第一信号产生模块、第一大地系统、第一时间同步模块、第一信号接收模块、第一自相关模块、第一频域转换模块、第一互相关模块、第二频域转换模块和第一系统函数求解模块，其中第一自相关模块、第一频域转换模块、第一互相关模块、第二频域转换模块和第一系统函数求解模块属于数据处理部分；所述第一时间同步模块与第一信号产生模块和第一信号接收模块相连，第一信号产生模块再与第一自相关模块相连，第一自相关模块与第一频域转换模块相连；第一信号接收模块与第一互相关模块相连，第一互相关模块与第二频域转换模块相连；第一频域转换模块和第二频域转换模块与第一系统函数求解模块相连；所述第一信号产生模块包括依次连接的第一参数单元、第一m序列生成单元、第一A/D采集单元、第一采集存储单元以及和第一m序列生成单元相连的第一发送电极；首先第一时间同步模块设置时间使第一m序列生成单元生成相应参数的m序列，生成m序列之后，第一A/D采集单元采集生成端的m序列，然后生成采集存储单元。同时，生成的m序列经过发送电极发送给第一大地系统。这样，就完成了m序列的生成和发送；所述第一信号接收模块包括第一接收电极、第二A/D采集单元和第二采集存储单元。第一接收电极与第一大地系统相连，与第一接收电极和第一时间同步模块相连，第二A/D采集单元与第二采集存储单元相连。按照第一时间同步模块设置的发送时间，第二A/D采集单元开始采集经过大地系统后由接收电极接收到的电压信号，经过第二A/D采集单元采集之后形成数据包b存储在第二采集存储单元，从而完成了第一信号接收模块；所述第一自相关模块包括第一自相关单元和第一自相关存储单元。其中第一自相关单元和第一采集存储单元，第一自相关单元与第一自相关存储单元相连。第一采集存储单元经过第一自相关单元得到第一自相关存储单元；所述第一频域转换模块包括第一FFT算子单元和第一自相关频域单元。第一FFT算子单元分别与第一自相关存储单元以及第一自相关频域单元相连。自第一相关存储单元传送给第一FFT算子单元后，计算得到第一自相关结果存储在第一自相关频域单元。如此，就得到了自相关的频域结果。所述第一互相关模块包括第一互相关算子单元和第一互相关存储单元。第一互相关算子单元分别与第二采集存储单元和第一互相关存储单元相连。第二采集存储单元经过第一互相关算子单元得到第一互相关存储单元。所述第二频域转换模块包括第二FFT算子单元和第一互相关频域单元。第二FFT算子单元分别与第一互相关存储单元和第一互相关频域单元相连。第一互相关存储单元经过第二FFT算子单元得到第一互相关频域单元。第一系统函数求解模块包括第一除法单元和第一大地频域辨识单元。第一除法单元分别和第一互相关频域单元、第一自相关频域单元与第一大地频域辨识单元相连。第一互相关频域单元和第一自相关频域单元经过第一除法单元，第一互相关频域单元除以第一自相关频域单元后，得到第一大地频域辨识单元。探测大地介质参数的系统的方案是在频域完成的相关系统辨识，所述第一自相关模块、第一互相关模块、第一频域转换模块和第二频域转换模块在求解大地的系统函数的时候具体实现过程如下：首先，通过第一时间同步模块同步第一信号产生模块和第一信号接收模块两端的时间，发射了通过采集到的第一采集存储单元计算出采集存储单元的自相关Raa(t)、第一采集存储单元同第二采集存储单元的互相关Rab(t)。自相关和互相关的计算公式为：其中自相关Raa(t)描述的是发送信号的统计特性，互相关Rab(t)描述的是发送信号a和接收信号b之间的相似程度，i为内插数，N为每个周期的码片数，q为周期数，按照维纳霍夫方程可以得到这个方程：Rab(t)＝Raa(t)*h(t)。其中*表示卷积，h(t)表示大地系统脉冲响应。然后利第一用频域转换模块6和第二频域转换模块8得到频域的自谱和互谱，自谱和互谱的计算公式为：Raa(w)＝FFT(Raa(t))、Rab(w)＝FFT(Rab(t))。最后对维纳霍夫方程两边做傅里叶变换得到频域的计算公式：H(w)＝Rab(w)/Raa(w)。所述参数单元中m序列的参数设置默认是码片宽度1ms，阶数为8阶255个码片，幅度为215V。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)相关辨识频域方法的探测地下介质系统所发送的信号为m序列，计算互相关的时候，由于它本身的伪随机特性，它和噪声不相关，这就使得噪声得到充分的抑制，所以得到的结果相对比较准确。(2)相关辨识频域方法的探测地下介质系统在频域完成了辨识，辨识系统的参数可调，通过调节参数单元的码片宽度，可以调节探测深度，同时可以根据需要的辨识效果来调节发送序列的电压幅度值。幅度值越大，所得结果的信噪比越大，探测结果越精确。(3)本专利技术适用于大地、固体、流体介质的系统函数的参数检测，主要用于地下介质探测。附图说明图1为本专利技术一种基于相关辨识频域方法的探测地下介质系统的组成框图；图2为本专利技术的一个具体实施示例的方法流程图。具体实施方式如图1所示，本专利技术的一种基于相关辨识频域方法的探测地下介质系统，包括：第一信号产生模块1、第一大地系统2、第一时间同步模块3、第一信号接收模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相关辨识频域方法的探测地下介质系统，其特征在于包括：第一信号产生模块(1)、第一大地系统(2)、第一时间同步模块(3)、第一信号接收模块(4)、第一自相关模块(5)、第一频域转换模块(6)、第一互相关模块(7)、第二频域转换模块(8)和第一系统函数求解模块(9)；所述第一时间同步模块(3)与第一信号产生模块(1)和第一信号接收模块(2)相连，第一信号产生模块(1)与第一自相关模块(5)相连，第一自相关模块(5)与第一频域转换模块(6)相连；第一信号接收模块(4)与第一互相关模块相连(7)，第一互相关模块(7)与第二频域转换模块(8)相连；第一频域转换模块(6)和第二频域转换模块(8)分别与第一系统函数求解模块(9)相连；其中所述第一时间同步模块(3)包括RTC实时时钟和GPS；其中GPS模块用于接收GPS信号实现定时；所述RTC实时时钟模块采用PCF8563芯片进行计时。

【技术特征摘要】
1.一种基于相关辨识频域方法的探测地下介质系统，其特征在于包括：第一信号产生模块(1)、第一大地系统(2)、第一时间同步模块(3)、第一信号接收模块(4)、第一自相关模块(5)、第一频域转换模块(6)、第一互相关模块(7)、第二频域转换模块(8)和第一系统函数求解模块(9)；所述第一时间同步模块(3)与第一信号产生模块(1)和第一信号接收模块(2)相连，第一信号产生模块(1)与第一自相关模块(5)相连，第一自相关模块(5)与第一频域转换模块(6)相连；第一信号接收模块(4)与第一互相关模块相连(7)，第一互相关模块(7)与第二频域转换模块(8)相连；第一频域转换模块(6)和第二频域转换模块(8)分别与第一系统函数求解模块(9)相连；其中所述第一时间同步模块(3)包括RTC实时时钟和GPS；其中GPS模块用于接收GPS信号实现定时；所述RTC实时时钟模块采用PCF8563芯片进行计时。2.如权利要求1所述的基于相关辨识频域方法的探测地下介质系统，其特征在于：所述第一信号产生模块(1)包括依次连接的第一参数单元(12)、第一m序列生成单元(13)、第一A/D采集单元(14)、第一存储单元(15)以及与第一m序列生成单元(13)相连的第一发送电极(11)；其中第一时间同步模块(3)用于产生时钟信号用于系统同步及设置定时；所述第一m序列生成单元(13)用于根据所述第一时间同步模块(3)所设置的定时时刻，生成相m序列；第一A/D采集单元(14)采集所生成的m序列，记为信号a；并将所采集的m序列存储在第一采集存储单元(15)；以及将所生成的m序列经由第一发送电极(11)发送给第一大地系统(2)；所述第一信号接收模块(4)包括第一接收电极(41)、第二A/D采集单元(42)和第二采集存储单元(43)；其中，第一接收电极(41)与第一大地系统(2)相连，第二A/D采集单元(42)分别与第一时间同步模块(3)第二采集存储单元(43)相连；所述第二A/D采集单元(42)用于按照第一时间同步模块(3)设置的定时时刻，采集经过第一大地系统(2)后由第一接收电极(41)接收到的电压信号，记为信号b；所述第二采集存储单元(43)用于保存所述第二A/D采集单元(42)所采集的电压信号；所述第一自相关模块(5)包括第一自相关单元(51)和第一自相关存储单元(52)；所述第一自相关单元(51)与所述第一存储单元(15)相连，所述第一自相关单元(51)与第一自相关存储单元(52)相连；所述第一频域转换模块(6)包括第一FFT算子单元(61)和第一自相关频域单元(62)；第一FFT算子单元(61)分别与第一自相关存储单元(52)以及第一自相关频域单元(62)相连；所述第一自相关单元(51)用于对信号进行自相关处理；所述第一自相关存储单元(52)用于保存经过自相关处理的信号，并将所述经过自相关处理的信号发送到第一FFT算子单元(61)；所述第一FFT算子单元(61)用于将自相关信号转换为频域自相关信号；第一自相关频域单元(62)用于保存频域自相关信号；所述第一互相关模块(7)包括第一互相关算子单元(72)和第一互相关存储单元(71)；所述第一互相关算子单元(72)分别与第二采集存储单元(43)和第一互相关存储单元(71)相连；所述第二频域转换模块(8)包括第二FFT算子单元(81)和第一互相关频域单元(82)；第二FFT算子单元(81)分别与第一互相关存储单元(71)以及第一互相关频域单元(82)相连；所述第一互相关算子单元(72)用于对信号进行互相关处理；所述第一互相关存储单元(71)用于保存经过互相关处理的信号，并将所述经过互相关处理的信号发送到第二FFT算子单元(81)；所述第二FFT算子单元(81)用于将互相关信号转换为频域互相关信号；第二互相关频域单元(82)用于保存频域互相关信号；所述第一系统函数求解模块(9)包括第一除法单元(91)和第一大地频域辨识单元(92)；所述第一除法单元(91)分别与第一互相关频域单元(82)、第一自相关频域单元(62)相连；所述第一除法单元(91)用于将第一互相关频域单元(82)输出的频域互相关信号除以第一自相关频域单元(62)输出的频域自相关信号；所述第一大地频域辨识单元(92)，用于对第一除法单元(91)输出的信号进行频域辨识处理。3.如权利要求1-2任一所述的基于相关辨识频域方法的探测地下介质系统，其特征在于：所述第一自相关单元(51)采用如下方式对信号进行自相关处理： R a a ( t ) R a a ( t ) = Σ k = 0 q i N a ( τ ) a ( t + τ ) ; ]]>其中a为输入信号m序列，q为m序列的周期个数，i为内插个数，N为一个周期的码片个数；所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梅，仇立山，甄晓丹，郝凯学，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11