M序列在電磁勘探中的應(yīng)用淺析

■　李晗瑜

（長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院地物11201班湖北武漢430100）

M序列在電磁勘探中的應(yīng)用淺析

■李晗瑜

（長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)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(hào)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(cè)量精度，從而達(dá)到我們的目的。目前編碼信號(hào)中應(yīng)用最廣的是偽隨機(jī)序列中的M序列，在電磁瞬變信號(hào)中，使用二進(jìn)制偽隨機(jī)序列編碼當(dāng)做激勵(lì)源能夠得到比較不錯(cuò)的信噪比，具有較強(qiáng)的抗干擾能力的同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)大深度、小能量的精細(xì)探測(cè)。本文從偽隨機(jī)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(xué)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(chǎng)源，都會(huì)面臨兩大難題:一是信號(hào)信噪比較低，要求系統(tǒng)必須有較強(qiáng)的抗干擾能力；二是為了提高信噪比，必須加大發(fā)射機(jī)的輸出功率，這又勢(shì)必使發(fā)射機(jī)變得笨重，為工作帶來很多不便。為此通常采用編碼信號(hào)來進(jìn)行處理，偽隨機(jī)序列中的M序列是目前被廣泛應(yīng)用的一種偽隨機(jī)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(diǎn)，所以將序列應(yīng)用到電法勘探中將會(huì)是下一步研究工作的熱點(diǎn)。

2　M序列電阻率辨識(shí)理論

2.1m序列及其性質(zhì)

m序列又叫做偽隨機(jī)序列或者偽隨機(jī)碼。m序列作為一種偽隨機(jī)序列目前應(yīng)用非常廣泛,如擴(kuò)頻通信,在衛(wèi)星通信中運(yùn)用CDMA技術(shù),數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中的加密等。CDMA系統(tǒng)一般采用兩種長(zhǎng)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(zhǎng)PN碼序列。

有關(guān)特性以反饋系數(shù)為(45)8的5級(jí)m序列1000010010110011111000110111010為例進(jìn)行驗(yàn)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(gè)。該性質(zhì)可由m序列1000010010110011111000110111010看出:總共有16個(gè)1和15個(gè)0。

2.1.2游程分布

游程元素的個(gè)數(shù)叫作游程長(zhǎng)度。

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

2.1.3移位相加特性

某個(gè)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(shí)原理

編碼測(cè)試的原理是建立一個(gè)測(cè)試激勵(lì)，即輸入編碼信號(hào)x(t),測(cè)試激勵(lì)經(jīng)過被測(cè)物體之后，其輸出信號(hào)為y(t)，此時(shí)也為編碼信號(hào),再對(duì)輸入輸出信號(hào)作一些運(yùn)算得到互相相關(guān)函數(shù)Rxy,分析Rxy從而獲得被測(cè)參數(shù),測(cè)試原理圖如圖2-8。

圖2-8　編碼測(cè)試原理

在這里，測(cè)量的對(duì)象是大地,當(dāng)編碼信號(hào)選擇m序列為偽隨機(jī)信號(hào)時(shí),因?yàn)閙序列的自相關(guān)特性良好,且和干擾信號(hào)n(t)的相關(guān)函數(shù)幾乎為零,所以關(guān)于響應(yīng)信息，互相關(guān)函數(shù)Rxy中含有的只是大地對(duì)于m序列激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng),干擾信號(hào)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(shí)原理，經(jīng)過計(jì)算得到輸入與輸出信號(hào)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(jì)算得知,由m序列的自相關(guān)特性,且干擾信號(hào)與m序列的相關(guān)函數(shù)幾乎是零,此時(shí)互相關(guān)函數(shù)Rxy含有的只有有用信息,干擾對(duì)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(shí)，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(fù)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(jī)噪聲干擾。隨機(jī)噪聲干擾的特性是具有隨機(jī)性,且具有較好的相關(guān)特性。對(duì)m序列來說,其能夠符合偽隨機(jī)序列的標(biāo)準(zhǔn),擁有相當(dāng)不錯(cuò)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(hào)，并不能百分之百的消除隨機(jī)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(duì)辨識(shí)結(jié)果的不良影響。

3　結(jié)論

（1）通過國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的調(diào)研可知，目前在M序列的應(yīng)用上主要是通信、工業(yè)檢測(cè),在地球物理電法勘探應(yīng)用領(lǐng)域較少，在這個(gè)領(lǐng)域存在著廣闊的開發(fā)空間和無(wú)限的可能性。所以，如果能將M序列這一偽隨機(jī)信號(hào)熟練的應(yīng)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(dāng)大的實(shí)際價(jià)值。

（2）如果在電法勘探中運(yùn)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(cè)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(shí)效果和測(cè)量精度。

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

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P631.3[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-3-152-2

李晗瑜（1994～），女，研究方向?yàn)楣腆w地球物理。