[發明專利]地空頻率域電磁法可控頻率源探測信號脈寬調制方法

有效

• 申請號: 201810075764.5
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108427145B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 于生寶;高麗輝;陳楠;黃勇;韓月;陳仁輝
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01V3/165
• 分類號: G01V3/165
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王淑秋

本發明涉及一種地空頻率域電磁法可控頻率源探測信號脈寬調制方法，該方法如下：根據勘探深度范圍確定發射電流主頻的頻帶范圍；結合勘探時對縱向分辨率的要求確定頻域發射電流譜；根據能量守恒定律確定頻域發射電流主頻的幅值；將雙極性SHEPWM波信號作為可控頻率源探測信號，建立地空頻率域電磁法SHEPWM可控頻率源的非線性方程組并求解，得到的雙極性SHEPWM波信號的開關角度。本發明除主頻率個數及分布可自定義外，還可以設置主頻能量，從根本上解決頻率電磁法發射電流頻域信息可控的問題，由期望的頻域信息推導出對應的時刻序列，提高地空頻率域電磁勘探縱向分辨率。

技術領域

本發明涉及一種SHEPWM可控頻率源探測信號發射系統，特別涉及一種用于地空頻率域地球物理勘探的SHEPWM可控頻率源探測信號脈寬調制方法。

背景技術

地空電磁探測(Frequency Domain Semi-Airborne ElectromagneticExploration，FSAEM)方法，近似機載版本的地面可控源音頻電磁(Controlled SourceAudio-Frequency Electromagnetic Method，CSAMT)方法。采用地面發射、空中接收的方式，融合地面電磁方法和航空電磁方法的優勢，可以在地面人員難以進入的區域進行探測。這種新方法在調查復雜地形時有絕對的優勢，具有觀測面積大、數據采集速度快、效率高、探測深等特點。因此在叢林、沼澤、海岸沙灘、崎嶇山脈等地面電磁方法難以進入的地區FSAEM是一個很好的選擇。

在地空頻率域電磁探測中，考慮到飛機和人工操作費用及電池的能力，FSAEM的最佳方式是一次勘探傳輸并收集覆蓋整個探測深度的所有期望的頻率。所以在高功率下使用均勻多頻率的源是非常可取的，實現只用一種可控頻率源探測某一深度范圍。為了獲得調查目標的有效數據，期望可控頻率源具有某些特征：首先是其頻譜所在的頻帶范圍，由趨膚效應可得，頻帶范圍對應調查目標的深度范圍，集中能量在有效頻帶內可保證探測效果；其次是頻帶內主頻率個數、分布及能量設計，頻率域電磁測深的縱向分辨率取決于發射電流的頻率密度即比值，在對應調查目標的頻帶范圍內縮小頻比可提高對異常的分辨能力。

目前常用的測量方式有變頻法、奇次諧波法和多頻偽隨機法。變頻法采用逐個頻率進行測量，頻點個數即為測量次數。由于方波能量主要分布在基頻，因此測量效率低。奇次諧波法在同一時間測量發射方波的基波和奇次諧波，提高了效率但存在相鄰頻點頻差固定和諧波次數升高能量減弱等缺點。何繼善院士提出了一種主動源多頻偽隨機方法，發射電流波形包含多個振幅值相差不大的主頻率，相鄰主頻頻比固定。若頻比取2，則稱為2ⁿ系列偽隨機信號。頻點在對數坐標上基本均勻分布，一次可以同時測量多個頻點。顯然，偽隨機電磁信號是一種寬頻信號。由于2ⁿ系列偽隨機信號中n個主頻率的頻比固定，設計出一個波形，使基頻改變，便可得到n頻偽隨機信號。激勵時鐘頻率越小，組合后的主頻率頻比也越小，縱向分辨率越高。但在實際勘探中，有時需要對某一特定深度截面進行成像。這意味著，發射源頻率為某一特定的窄頻帶且頻點分布特定，需要偽隨機波調節基頻實現某一特定頻帶主頻加密，導致能量傳遞到所有頻率上，有效頻點信號微弱，影響探測效果。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種地空頻率域電磁法可控頻率源探測信號脈寬調制方法，該方法基于選擇性諧波消除脈寬調制(Selective Harmonic EliminatedPulse Width Modulation，SHEPWM)技術，允許信號源只傳輸感興趣的主頻率，實現高效率、高縱向分辨率的電磁探測。

為了解決上述技術問題，本發明的地空頻率域電磁法可控頻率源探測信號脈寬調制方法包括如下步驟：

步驟1，根據勘探深度范圍，利用趨膚深度公式(1)確定發射電流主頻的頻帶范圍：

其中，δ為勘探深度，ρ為均勻半空間電阻率，f為角頻率；