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）

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(shù)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(chǔ)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(guān)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(shù),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(guān)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(guān)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(guān)特性良好,且和干擾信號n(t)的相關(guān)函數(shù)幾乎為零,所以關(guān)于響應信息，互相關(guān)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(chǔ)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(guān)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(guān)函數(shù)通過計算得知,由m序列的自相關(guān)特性,且干擾信號與m序列的相關(guān)函數(shù)幾乎是零,此時互相關(guān)函數(shù)Rxy含有的只有有用信息,干擾對結(jié)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(guān)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(guān)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(guān)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(jié)果的不良影響。

3　結(jié)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(lǐng)域較少，在這個領(lǐng)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(lǐng)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(shù)，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。

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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。