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        M序列在電磁勘探中的應用淺析

        2016-08-22 09:58:56李晗瑜
        地球 2016年3期
        關鍵詞:信號

        ■ 李晗瑜

        (長江大學地球物理與石油資源學院地物11201班湖北武漢430100)

        M序列在電磁勘探中的應用淺析

        ■李晗瑜

        (長江大學地球物理與石油資源學院地物11201班湖北武漢430100)

        由于各種各樣的電磁干擾存在,電法勘探需要新的技術來提高勘探的抗干擾能力與效率。編碼信號能夠提高信噪比,明顯地提高地球物理數(shù)據(jù)的抗干擾能力和測量精度,從而達到我們的目的。目前編碼信號中應用最廣的是偽隨機序列中的M序列,在電磁瞬變信號中,使用二進制偽隨機序列編碼當做激勵源能夠得到比較不錯的信噪比,具有較強的抗干擾能力的同時還可實現(xiàn)大深度、小能量的精細探測。本文從偽隨機序列出發(fā),選擇了其中的一種重要的序列-m序列為基礎來討論編碼在電法勘探中優(yōu)良的抗干擾性能。

        電磁勘探編碼m序列電阻率

        1 引言

        在地球物理學中,電法勘探起著重要的作用。在電法勘探中,不管是采用正弦波還是矩形波作為人工場源,都會面臨兩大難題:一是信號信噪比較低,要求系統(tǒng)必須有較強的抗干擾能力;二是為了提高信噪比,必須加大發(fā)射機的輸出功率,這又勢必使發(fā)射機變得笨重,為工作帶來很多不便。為此通常采用編碼信號來進行處理,偽隨機序列中的M序列是目前被廣泛應用的一種偽隨機序列,由于M序列具有頻帶寬,能量譜密度低和類似白噪聲良好的自相關特性等優(yōu)點,所以將序列應用到電法勘探中將會是下一步研究工作的熱點。

        2 M序列電阻率辨識理論

        2.1m序列及其性質(zhì)

        m序列又叫做偽隨機序列或者偽隨機碼。m序列作為一種偽隨機序列目前應用非常廣泛,如擴頻通信,在衛(wèi)星通信中運用CDMA技術,數(shù)字數(shù)據(jù)中的加密等。CDMA系統(tǒng)一般采用兩種長度的m序列:一類為周期是215-1的m序列,這種序列還稱作短PN碼序列;另一類為周期是242-1的m序列,這種序列還稱作長PN碼序列。

        有關特性以反饋系數(shù)為(45)8的5級m序列1000010010110011111000110111010為例進行驗證。m序列具有以下性質(zhì):

        2.1.1均衡性

        1的數(shù)目比0的數(shù)目多一個。該性質(zhì)可由m序列1000010010110011111000110111010看出:總共有16個1和15個0。

        2.1.2游程分布

        游程元素的個數(shù)叫作游程長度。

        長度為1的游程數(shù)目為8,其中4個1游程和4個0游程;長度為2的游程數(shù)目為4,2個11游程,2個00游程;長度為3的游程數(shù)目為2,1個111游程,1個000游程;長度為4的連0游程數(shù)目為1;長度為5的連1游程數(shù)目為1。

        2.1.3移位相加特性

        某個m序列m1與它經(jīng)任一延遲移位生成的另一m序列m2 模2相加,所得到m3仍舊為m1的某一延遲移位m序列,也就是

        2.2基于m序列的電阻率辨識原理

        編碼測試的原理是建立一個測試激勵,即輸入編碼信號x(t),測試激勵經(jīng)過被測物體之后,其輸出信號為y(t),此時也為編碼信號,再對輸入輸出信號作一些運算得到互相相關函數(shù)Rxy,分析Rxy從而獲得被測參數(shù),測試原理圖如圖2-8。

        圖2-8 編碼測試原理

        在這里,測量的對象是大地,當編碼信號選擇m序列為偽隨機信號時,因為m序列的自相關特性良好,且和干擾信號n(t)的相關函數(shù)幾乎為零,所以關于響應信息,互相關函數(shù)Rxy中含有的只是大地對于m序列激勵信號的響應,干擾信號的不良影響很大程度減少,如果更深的研究函數(shù)Rxy,還能夠獲得電阻率信息。

        2.3抗干擾能力分析

        以m序列為基礎的電阻率辨識原理,經(jīng)過計算得到輸入與輸出信號的互相關函數(shù)Rxy,然后通過研究Rxy的頻譜,可以得知電阻率信息,m序列的抗干擾能力一般由互相關函數(shù)通過計算得知,由m序列的自相關特性,且干擾信號與m序列的相關函數(shù)幾乎是零,此時互相關函數(shù)Rxy含有的只有有用信息,干擾對結果的不利影響很大程度上被減小。

        (1)直流干擾。在頻譜分析時,考慮f=0的頻譜信息可以拋開不考慮,只是分析其他頻譜信息,即可以完全除掉直流干擾的影響。(2)工頻干擾。如果在采用逆重復m序列的情況下,工頻干擾能夠得到絕大部分的消除。(3)隨機噪聲干擾。隨機噪聲干擾的特性是具有隨機性,且具有較好的相關特性。對m序列來說,其能夠符合偽隨機序列的標準,擁有相當不錯的相關特性,因此在電磁勘探中利用m序列作為發(fā)射信號,并不能百分之百的消除隨機噪聲的干擾,只能利用m序列的相關特性,能夠在一定程度上壓制噪聲,使在某種程度上降低對辨識結果的不良影響。

        3 結論

        (1)通過國內(nèi)外文獻的調(diào)研可知,目前在M序列的應用上主要是通信、工業(yè)檢測,在地球物理電法勘探應用領域較少,在這個領域存在著廣闊的開發(fā)空間和無限的可能性。所以,如果能將M序列這一偽隨機信號熟練的應用于電法勘探領域,,并好好的利用編碼的抗干擾的特性,將具有相當大的實際價值。

        (2)如果在電法勘探中運用編碼技術,將能得到很好的效果,如果選取了恰到好處的編碼,提高信噪比,這樣能夠很明顯的提高地球物理數(shù)據(jù)的抗干擾能力和測量精度,在信噪比較低的情況下而電阻率仍保持較好的辨識效果和測量精度。

        (3)在編碼眾多信號中,本文僅僅以m序列為研究對象,用此來說明編碼在電法勘探上應用可行性以及在應用所體現(xiàn)的優(yōu)良性能,而并沒有對很多其他的編碼來作更多的探討,從這點出發(fā),還可以更進一步的對更多的編碼來進行探討和研究。

        [1]呂輝,何晶,王剛.偽隨機序列中本原多項式生成算法 [J].計算機工程,2004,30 (16):108-109.

        [2]張傳生.求解生成m序列本原多項式系數(shù)的一種方法〔J〕.無線電通信技術,1989, (03):24

        [3]田小平,吳明捷.利用窗口法尋找產(chǎn)生偽隨機碼的本原多項式 [J].北京石油化工學院學報,2003,11(2):1礴.

        [4]劉新永,蔡鳳麗,裴曉根.基于MATLAB的m序列的產(chǎn)生及相關特性仿真 [J].安徽電子信息職業(yè)技術學院學報,2009,s(5):14一16.

        P631.3[文獻碼]B

        1000-405X(2016)-3-152-2

        李晗瑜(1994~),女,研究方向為固體地球物理。

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