[發明專利]一種用于井間電磁探測的信號同步收發方法及系統

有效

• 申請號: 202010948894.2
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112230291B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 趙青;史超;郭成;劉智睿
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01V3/12
• 分類號: G01V3/12;G01V3/30;G01V3/34;G01S19/03
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄;廖祥文

本發明涉及一種用于井間電磁探測的信號同步收發方法及系統，所述信號同步收發方法包括：發射端接收到同步觸發信號后對發射端信號波查找表完成一次復位，使得發射端產生的信號波的相位置零；接收端接收到同步觸發信號后，開啟寫入數據使能將數字信號寫入到FPGA中，同時控制FPGA內部的參考信號生成模塊完成一次查找表復位，將參考信號的相位置零；進而減小由收發非同源晶振所帶來的相位累積誤差。本發明的優點在于：本發明中所實現的收發同步方案中，每當收發端各自井上的同步觸發信號到達井下時，會分別對發射端的SPWM波查找表和接收端的相敏檢波參考信號查找表完成一次復位，將其相位置零，從而減小由收發非同源晶振所帶來的相位累積誤差。

技術領域

本發明涉及井間電磁探測技術領域，尤其涉及一種用于井間電磁探測的信號同步收發方法及系統。

背景技術

井間電磁探測屬于大地電磁探測(MT)中的一類，發射端采用偶極子源發射信號，并在相距上百米甚至數百米的接收端對信號完成接收和采集；相比于其他方式的地下勘探，井間電磁探測能夠實現高跨距、遠距離的探測，若將多口井以陣列的形式排列還可以極大地提高區域內的探測效率和探測精度；井間電磁探測方法已經應用到很多領域，如地下資源探測、地表建筑裂隙探測和考古發掘等等。

由電磁場理論可知，信號在兩口徑井之間的底層間傳播時，會受到地層中的電導率、磁導率和介電常數以及信號頻率等參數的影響，最終導致信號的幅值信息與相位信息在傳播途中發生變化；若已知發射信號的幅值和初始相位，再根據接收端提取的信號的波形信息，便能夠對地層中的傳播因子實現反演，從而獲取地層信息。因此，在井間電磁探測系統中，保證系統對弱信號的接收能力以及在接收端準確測量出信號的相位是反演出地層信息的關鍵。

不論是在兩口井還是多井陣列下的井間電磁探測，若要準確測量信號自發射端發射，經地層傳播后被接收端接收時的相位變化，則首先需要對各個井之間實現時間上的同步，即明確發射端開始發射信號與接收端開始采集信號之間的延時，消除延時所帶來的相位誤差方能確保信號相位測量的準確性。其次，井間的發射端與接收端往往相距甚遠，使得在電路設計時，接收機與發射機上的晶振芯片并不能采用同源晶振，而對于非同源晶振，其微小的頻率偏差會隨著時間的積累產生相位偏差，這也就要求，需要增加收發端的同步信號完成對累積相位誤差的修正，減小誤差累積的時間。

目前，常見的用于井間電磁探測的收發同步方法主要有兩種。其一是采用線纜將收發端進行連接，通過收發其中一端產生的控制信號或井上的同步源實現收發同步，代表系統為21世紀初EMI公司所研制的XBH-2000系統，但采用線纜直連的方式實現同步，其主受地形影響較大，實現起來并不靈活。其二是采用GPS接收機接收GPS信號，再由收發端各自的GPS接收機產生同一個時間信號分別對井下接收部分實現同步觸發。其中的時間信號，既可以是精確到秒的絕對時間信息，也可以是基于收發端相對時間的脈沖信號。

若采用絕對時間信息實現收發同步，則是將GPS接收機獲取的時間信息從井上發送至井下，在井下完成對時間信息的解碼后，在一設定好的時間下同時對發送端和接收端完成啟動，并在啟動時刻，生成控制時鐘信號，驅動系統工作。而采用脈沖信號實現的收發同步，則是直接基于井上的周期脈沖，在井下的鎖相環產生時鐘信號，盡量穩定時鐘頻率以減小收發電路之間的相位誤差積累。總而言之，不論是鎖相環還是絕對時間的同步方法，其生成的控制時鐘都是基于井間的非同源晶振產生，以常見的晶振為例，其頻率誤差為20ppm，每1MHz頻率的信號會有最大20Hz的頻偏，倘若收發端的晶振頻偏均為20ppm，則經計算得知，當相敏檢波的周期數大于69個周期時，其帶來的相位誤差將會大于0.5°。且兩個非同源晶振的ppm誤差積累不可能消除，因此采用上述方法實現的同步方式，其測量得到的相位精度仍無法保證。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供了一種用于井間電磁探測的信號同步收發方法及方法，能夠通過基于同步觸發信號和FPGA控制來對相位誤差累積的問題進行優化。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種用于井間電磁探測的信號同步收發方法，所述信號同步收發方法包括：