CN103323882A - 一种可控源混沌电磁发射机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种可控源混沌电磁发射机及其工作方法，所述可控源混沌电磁发射机包括：发电机，用于产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量；三相整流器，用于将电能由交流变为直流；DC-DC变化单元，用于对所述三相整流器输出的直流进行稳流处理，输出恒定直流；逆变桥路，用于将所述恒定直流逆变成矩形脉冲，并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性；发射电极，用于发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。本发明实施例达到了如下的技术效果：减小了天然电磁场等带来的干扰，并且增加了Lyapunov指数等与地质相关的特征参数，在一定程度上使得地质勘探的预测结果更加准确，形成更加清晰准确的地质图像。

Description

一种可控源混沌电磁发射机及其工作方法

技术领域

本发明涉及电磁勘探技术领域，尤其涉及一种可控源混沌电磁发射机及其工作方法。

背景技术

在早期地震勘探中，对地震勘探信号的数据解释分析主要以线性方法为主。随着地震数据解释技术的发展，对地质结构复杂度的认识也越来越深，数据解释方法也从最开始的线性方法分析，发展到了非线性方法分析，并且研究发现采集到的地震信号具有明显的混沌特性，其中一些混沌特性参数如Lyapunov指数，关联维数等在数据解释中起到了非常重要的作用。但地震勘探的激发源主要有爆炸震源和非爆炸震源两种，两种激发源的参数并无明显的混沌特征，而采集到的地震信号具有明显的混沌特性，这种由非混沌到混沌的变化，可以推断，由于地壳结构的复杂性，使地震信号的传播不规则，导致地震信号中产生混沌特性。也可以说，由于地震道的混沌时间序列特性使得地震信号具有混沌特性。在研究中发现地震信号中的混沌特性参数，如Lyapunov指数、关联维等特征参数与地质结构直接有关，同时这些参数不受或很少受其它因数的影响，可详细地指示储层内部结构的变化。在此基础上，结合其他地质特征参数进行综合分析，可以提高地震勘探的准确性。但是，地震资料可提供反映地质构造位置和形态的构造图，却并不能反映地质成分的性质，比如对油气水的区别，这是地震勘探的一个不足。

大地电磁法（Magnetotelluric Method）简称MT法，是一种研究地下地质成分的电导率分布的一种电磁勘探方法。天然电磁场使地球产生感应电磁场，MT法通过采集分析这种感应电磁场，来预测地下地质成分的电导率情况。在复杂的地质结构中所含地质成分不同，呈现电导率特性也不同，同时电磁波在不同电导率物体中传递衰减程度也不一样，因此电磁勘探法可以辨识地质成分的特性，分辨地质成分中是油、气，还是水，提高油气勘探成功率。严家斌、李丽清等人在MT法的研究中，发现并验证了大地电磁信号具有混沌特性。MT法的源信号来自于天然电磁场。在进行地质勘探时，接收机的采集信号可能直接来源于天然电磁场的电磁信号，也可能源于经过大地中介质传递或反射来的电磁信号等，这导致勘探方位不明确。而且，由于天然电磁场的混沌性质不明确，导致MT法的源信号的混沌性质也不明确，在勘探中，无法作为一个已知的混沌参量进行使用。最关键的是，MT法中的天然场源信号太弱，对于MT法来说，是一个不可弥补的缺憾。

可控源电磁法通过控制电磁场源信号的强度、频率等一系列参数，以及发射、接收装备的位置，可以实现对不同的目标进行电磁勘探。可控源电磁法主要分为时域方式和频域方式。无论可控源频率域或时间域方式，在勘探过程中弥补了MT法天然场源信号太弱的缺憾，同时由于发射装置与接收装置位置可以人为给定，勘探的方位也可以明确。但其在勘探过程中，接收信号仍然受到具有混沌特性的天然电磁场等的干扰，目前尚无有效地方法将其滤掉，这就导致接收信号中具有混沌特性的电磁噪声，对电磁勘探的进行产生一定影响。

发明内容

本发明实施例提供一种可控源混沌电磁发射机及其工作方法，以减小天然电磁场等带来的干扰，在一定程度上使得地质勘探的预测结果更加准确。

一方面，本发明实施例提供了一种可控源混沌电磁发射机，所述可控源混沌电磁发射机包括：

发电机，用于产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量；

三相整流器，用于将电能由交流变为直流；

DC-DC变化单元，用于对所述三相整流器输出的直流进行稳流处理，输出恒定直流；

逆变桥路，用于将所述恒定直流逆变成矩形脉冲，并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性；

发射电极，用于发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。

优选的，在本发明一实施例中，当所述发电机为船载发电机时，所述可控源混沌电磁发射机还包括：升压变压器，位于水上单元，用于连接所述发电机，将所述发电机产生的电能进行升压处理；长输拖缆，用于连接所述升压变压器，将升压后的电能传输给降压变压器；降压变压器，位于水下单元，用于连接所述长输拖缆，将升压后的电能进行降压处理后输送给所述三相整流器。

优选的，在本发明一实施例中，所述发射电极包括：发射电极A和发射电极B；所述发射电极A和所述发射电极B通过负载构成回路，形成变化的电磁场，从而发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。

优选的，在本发明一实施例中，所述可控源混沌电磁发射机还包括：控制器；所述逆变桥路，在将所述恒定直流逆变成矩形脉冲后，在所述控制器的作用下使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性。

优选的，在本发明一实施例中，所述可控源混沌电磁发射机还包括：电流检测单元、系统保护单元、通信单元，其中：所述电流检测单元，连接于所述发射电极B和所述控制器之间，用于进行电流检测；所述系统保护单元，连接所述控制器，用于进行电流、电压、温度保护；所述通信单元，连接所述控制器，用于进行通信。

另一方面，本发明实施例提供了一种可控源混沌电磁发射机的工作方法，所述可控源混沌电磁发射机的工作方法，包括：

利用发电机产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量；

利用三相整流器将电能由交流变为直流；

利用DC-DC变化单元对所述三相整流器输出的直流进行稳流处理，输出恒定直流；

利用逆变桥路将所述恒定直流逆变成矩形脉冲，并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性；

利用发射电极发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。

优选的，在本发明一实施例中，当所述发电机为船载发电机时，所述可控源混沌电磁发射机的工作方法还包括：利用位于水上单元的升压变压器连接所述发电机，将所述发电机产生的电能进行升压处理；利用长输拖缆连接所述升压变压器，将升压后的电能传输给降压变压器；利用位于水下单元的降压变压器连接所述长输拖缆，将升压后的电能进行降压处理后输送给所述三相整流器。

优选的，在本发明一实施例中，所述发射电极包括：发射电极A和发射电极B；所述利用发射电极发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲，包括：利用所述发射电极A和所述发射电极B通过负载构成回路，形成变化的电磁场，从而发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。

优选的，在本发明一实施例中，所述可控源混沌电磁发射机还包括：控制器；所述利用逆变桥路将所述恒定直流逆变成矩形脉冲，并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性，包括：利用逆变桥路在将所述恒定直流逆变成矩形脉冲后，在所述控制器的作用下使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性。

优选的，在本发明一实施例中，所述可控源混沌电磁发射机还包括：电流检测单元、系统保护单元、通信单元，所述可控源混沌电磁发射机的工作方法还包括：利用所述电流检测单元连接于所述发射电极B和所述控制器之间，进行电流检测；利用所述系统保护单元连接所述控制器，进行电流、电压、温度保护；利用所述通信单元连接所述控制器，进行通信。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述可控源混沌电磁发射机包括：发电机，用于产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量；三相整流器，用于将电能由交流变为直流；DC-DC变化单元，用于对所述三相整流器输出的直流进行稳流处理，输出恒定直流；逆变桥路，用于将所述恒定直流逆变成矩形脉冲，并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性；发射电极，用于发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲的技术手段，所以达到了如下的技术效果：减小了天然电磁场等带来的干扰，并且增加了Lyapunov指数等与地质相关的特征参数，在一定程度上使得地质勘探的预测结果更加准确，形成更加清晰准确的地质图像。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种可控源混沌电磁发射机结构示意图；

图2为本发明实施例另一种可控源混沌电磁发射机结构示意图；

图3为本发明实施例一种可控源混沌电磁发射机的工作方法流程图；

图4为本发明应用实例可控源混沌电磁发射信号混沌化的实现方法示意图；

图5为本发明应用实例获取Lyapunov可控的初始混沌时间序列的方法示意图；

图6为本发明应用实例混沌时间序列线性变换示意图；

图7为本发明应用实例可控源混沌电磁发射机的系统结构示意图；

图8为本发明应用实例发射机的电气原理图；

图9为本发明应用实例初始混沌时间序列示意图；

图10为本发明应用实例电流混沌时间序列示意图；

图11为本发明应用实例占空比混沌时间序列示意图；

图12为本发明应用实例相关混沌时间序列的局部示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例一种可控源混沌电磁发射机结构示意图，所述可控源混沌电磁发射机包括：

发电机11，用于产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量；

三相整流器12，用于将电能由交流变为直流；

DC-DC变化单元13，用于对所述三相整流器12输出的直流进行稳流处理，输出恒定直流；

逆变桥路14，用于将所述恒定直流逆变成矩形脉冲，并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性；

发射电极15，用于发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。

如图2所示，为本发明实施例另一种可控源混沌电磁发射机结构示意图，优选的，当所述发电机11为船载发电机时，所述可控源混沌电磁发射机还包括：升压变压器16，位于水上单元，用于连接所述发电机11，将所述发电机11产生的电能进行升压处理；长输拖缆17，用于连接所述升压变压器16，将升压后的电能传输给降压变压器18；降压变压器18，位于水下单元，用于连接所述长输拖缆17，将升压后的电能进行降压处理后输送给所述三相整流器12。

优选的，所述发射电极包括：发射电极A151和发射电极B152；所述发射电极A151和所述发射电极B152通过负载构成回路，形成变化的电磁场，从而发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。

优选的，所述可控源混沌电磁发射机还包括：控制器19；所述逆变桥路14，在将所述恒定直流逆变成矩形脉冲后，在所述控制器19的作用下通过逆变驱动23使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性。

优选的，所述可控源混沌电磁发射机还包括：电流检测单元20、系统保护单元21、通信单元22，其中：所述电流检测单元20，连接于所述发射电极B152和所述控制器19之间，用于进行电流检测；所述系统保护单元21，连接所述控制器19，用于进行电流、电压、温度保护；所述通信单元22，连接所述控制器，用于进行通信。

如图3所示，为本发明实施例一种可控源混沌电磁发射机的工作方法流程图，所述可控源混沌电磁发射机的工作方法，包括：

301、利用发电机产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量；

302、利用三相整流器将电能由交流变为直流；

303、利用DC-DC变化单元对所述三相整流器输出的直流进行稳流处理，输出恒定直流；

304、利用逆变桥路将所述恒定直流逆变成矩形脉冲，并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性；

305、利用发射电极发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。

优选的，当所述发电机为船载发电机时，所述可控源混沌电磁发射机的工作方法还包括：利用位于水上单元的升压变压器连接所述发电机，将所述发电机产生的电能进行升压处理；利用长输拖缆连接所述升压变压器，将升压后的电能传输给降压变压器；利用位于水下单元的降压变压器连接所述长输拖缆，将升压后的电能进行降压处理后输送给所述三相整流器。

优选的，所述发射电极包括：发射电极A和发射电极B；所述利用发射电极发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲，包括：利用所述发射电极A和所述发射电极B通过负载构成回路，形成变化的电磁场，从而发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。

优选的，所述可控源混沌电磁发射机还包括：控制器；所述利用逆变桥路将所述恒定直流逆变成矩形脉冲，并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性，包括：利用逆变桥路在将所述恒定直流逆变成矩形脉冲后，在所述控制器的作用下使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性。

优选的，所述可控源混沌电磁发射机还包括：电流检测单元、系统保护单元、通信单元，所述可控源混沌电磁发射机的工作方法还包括：利用所述电流检测单元连接于所述发射电极B和所述控制器之间，进行电流检测；利用所述系统保护单元连接所述控制器，进行电流、电压、温度保护；利用所述通信单元连接所述控制器，进行通信。

本发明实施例上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述可控源混沌电磁发射机包括：发电机，用于产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量；三相整流器，用于将电能由交流变为直流；DC-DC变化单元，用于对所述三相整流器输出的直流进行稳流处理，输出恒定直流；逆变桥路，用于将所述恒定直流逆变成矩形脉冲，并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性；发射电极，用于发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲的技术手段，所以达到了如下的技术效果：减小了天然电磁场等带来的干扰，并且增加了Lyapunov指数等与地质相关的特征参数，在一定程度上使得地质勘探的预测结果更加准确，形成更加清晰准确的地质图像。

以下举应用实例进行详细说明：

针对地震法中只能描绘地质构造位置和形态而无法描述地质成分，MT法中信号太弱、勘探方位不清等以及可控源电磁法中的接受电磁信号易受到具有混沌特性的天然电磁场等的干扰等缺欠，提出一种可控源混沌电磁发射机。可控源混沌电磁发射机可以发射一种具有混沌特性的能量脉冲，并且混沌特性中的Lyapunov指数已知。这种能量脉冲经过地下复杂地质中的多种不同电性物质的传递后，接收机一方可以接收到具有混沌特性的电磁信号，这种混沌电磁信号中的Lyapunov指数明显，可以减小天然电磁场等具有混沌特性的电磁噪声带来的干扰。同时，在保留传统电磁法中测量的反映地质阻抗的相关特征参数的基础上，增加了源信号中具有已知Lyapunov指数的混沌特性参量，还能继承可控源电磁法中信号强、位置可控的优势。由于减小了天然电磁场等带来的干扰，并且增加了Lyapunov指数等与地质相关的特征参数，在一定程度上使得地质勘探的预测结果更加准确，形成更加清晰准确的地质图像。

可控源混沌电磁发射机的工作原理，参照图2所示：利用船载发电机产生发射机工作所需的电能。为了减小在长距离传输中的损耗，首先通过升压变压器升压处理，到达发射地点后，再进行降压处理，转换为设备可利用的低压。传到海底的电能通过三相整流器进行整流后，再由DC-DC变换单元进行处理，经滤波、稳流后，输出恒定的直流电流。最后通过对逆变桥路进行混沌控制，最终完成混沌电磁脉冲信号的发射。

发射信号混沌化的原理以及实现方法：理论上有两种方式可以使发射信号具有混沌特性。一种是，使发射信号频率具有Lyapunov指数已知的混沌特性，发射信号的幅值保持恒定；另一种方式是，使发射信号的幅值具有Lyapunov指数已知的混沌特性，信号频率保持恒定。考虑到发射机与接收机配合工作以及数据解释方面的因素，本发明根据面积等效原理以及线性变换理论，通过实现发射信号中等幅脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性，等效实现发射信号的幅值具有Lyapunov指数已知的混沌特性。这样，发射信号中就具有了已知Lyapunov指数的混沌特性。Lyapunov指数可以表征系统的混沌程度，进而可以间接表征地质结构以及成分的复杂程度。Lyapunov指数将成为地质勘探的数据解释中一个新的已知参数。

如图4所示，为本发明应用实例可控源混沌电磁发射信号混沌化的实现方法示意图，可控源混沌电磁发射信号混沌化的实现步骤如下：

401、确定发射信号的混沌特性以及等效后的发射电流范围；

①根据实际情况，选择区别于天然电磁场混沌程度的Lyapunov指数。

②对于等效后的发射电流范围，既保证具有混沌特性的等效电流信号幅值小于实际装备的发射电流峰值，又要保证发射信号的能量经过地质中的复杂方式传递后，信号衰减的程度仍然在接收机的检测范围内，所以等效电流信号的幅值要在一定的范围内。假定发射机的电流峰值为I_f，规定I_max为发射电流最大值，I_min为发射电流最小值，最大值应小于实际峰值I_f，I_f要根据实际收发距而定。

最终确定等效后的发射电流设定在I_max与I_min之间，Lyapunov指数设定为L。

402、求取已知Lyapunov指数的初始混沌时间序列；

如图5所示，为本发明应用实例获取Lyapunov可控的初始混沌时间序列的方法示意图，包括：

501、建立目标动力系统方程

y_k+1＝f_k(y_k)   (1)

式中，y₀为给定初值，y_k∈Rⁿ为系统的状态，f_k为一定范围内连续可微的向量映射，k＝0,1,2…。

502、设计精确配置Lyapunov指数的混沌控制器u_k

设计反馈控制器，其形式为

u_k＝C_ky_kmod(ε)-f_k(y_k)mod(ε)   (2)

其中ε为一正实数，则显然u_k≤ε。C_k∈R^n×n为对角阵，Li为预设的一组Lyapunov指数。

$C_k=\left(\begin{array}{ccc}{e}^{L_0}& & \\ & {\·}_{{\·}_{\·}}& \\ & & e^{L_n}\end{array}\right)---\left(3\right)$

那么受控系统为

y_k+1＝f_k(y_k)+u_k   (4)

503、由式（2）、（3）、（4）确定受控系统方程为

y_k+1＝f_k(y_k)+C_ky_kmod(ε)-f_k(y_k)mod(ε)   (5)

504、还要保证系统的控制器的增益矩阵一致有界，即

其中M为一常数，||●||为谱范数。合理设定全局受限系数ε，使u_k≤ε，可满足此条件。

505、通过引入控制器中合适的反馈矩阵C_k，并且严格控制其中对角元素的形式，可以将n维非线性离散动力系统的全部Lyapunov指数配置为一组任意给定的值，即实现Lyapunov指数可控。在这里，设定控制器中全局受限系数ε以及C_k的对角元素中

的值，产生目标混沌时间序列S，使全局受限在0-1之间，且Lyapunov指数为已知常数L。

403、根据初始混沌时间序列，确定发射电流的离散混沌时间序列；

如图6所示，为本发明应用实例混沌时间序列线性变换示意图。依据线性变换相似性理论，对初始混沌时间序列S进行如图6的线性变换，获得发射电流的离散混沌时间序列I。

I＝I_min+(I_max-I_min)*S   (6)

变换之后，离散电流混沌时间序列即保留初始混沌时间序列S的Lyapunov指数，又使其全局受限在I_max与I_min之间。

404、根据面积等效原理，确定恒频等幅脉冲的占空比混沌时间序列；

根据面积等效原理，将电流的混沌时间序列I与实际最大值If进行比值运算，计算可得占空比混沌时间序列D。

$D=\frac{I}{I_f}=\frac{I_{\min }+(I_{\max }-I_{\min })*S}{I_f}---\left(7\right)$

占空比混沌时间序列D将作为发射电流脉冲的占空比，与电流混沌时间序列具有相同的Lyapunov指数等混沌性质。

405、根据占空比混沌时间序列设置驱动，完成混沌电磁信号发射。

按照勘探目标深度对应的频率以及等幅能量脉冲的占空比混沌时间序列，设定逆变桥路的驱动，完成可控源混沌电磁信号的发射。

如图7所示，为本发明应用实例可控源混沌电磁发射机的系统结构示意图。可控源混沌电磁发射机的系统结构按功能划分，可分为水上单元：船载发电机、升降压变压器、长输拖缆；水下单元：三相整流器、DC-DC变换单元、逆变发射单元、发射电极A、发射电极B等。辅助单元（图7未示）包括：控制单元、逆变驱动、电流检测单元、系统保护单元（电流、电压、温度等保护单元）、通信单元等。

如图8所示，为本发明应用实例发射机的电气原理图。在发射机中，船载发电机的主要功能是提供勘探时所需的发射能量，发电机的功率需要满足发射机发射功率的需求，此外，选型时还需注意工作环境对发电机的要求。升降压变压器的主要功能是对电压等级进行变换，以满足水下单元的需求。先升压后降压的方式可以减小发射机工作时电能在长输拖缆上的电流值，从而减小传输过程中的损耗。长输拖缆的功能是满足在特殊勘探环境下的电能传输，比如深海的油气勘探。水下稳流单元的主要功能是通过三相整流器将电能由交流变为直流，再通过DC-DC变换单元控制，实现发射电流的恒定。逆变桥路的功能是将恒定直流逆变成矩形脉冲，并且在控制器的作用下使恒频等幅脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性。发射电极是发射信号的直接发射端，交变电流通过负载构成回路，形成变化的电磁场，最终完成电磁能量的发射。

可控源混沌电磁发射机中的相关混沌时间序列：根据前文中的实现步骤，运用Matlab进行发射波形的仿真分析，得到相应的混沌时间序列，其中给定Lyapunov指数为1.5。运用海军工程技术大学的chaostoolbox，对Lyapunov指数的进行计算验证。

如图9所示，为本发明应用实例初始混沌时间序列示意图，由程序实现的混沌控制器产生，经计算验证其Lyapunov指数为1.5，全局受限范围为0～1。

如图10所示，为本发明应用实例电流混沌时间序列示意图，由初始混沌时间序列进行线性变换后得到I＝I_min+(I_max-I_min)*S，经计算验证其Lyapunov指数为1.5，全局受限范围为40～80。

如图11所示，为本发明应用实例占空比混沌时间序列示意图，为发射脉冲的占空比，占空比的大小由电流混沌时间序列根据面积等效原理变换后所得，即占空比混沌时间序列，经计算验证其Lyapunov指数仍为1.5，全局受限范围为0.4～0.8。

如图12所示，为本发明应用实例相关混沌时间序列的局部示意图，为初始、电流、占空比混沌时间序列图的局部图，Lyapunov指数均为1.5，且均全局受限。通过一系列变换后，可知占空比混沌时间序列

与给定的初始时间序列S具有相同的混沌特性，最终实现可控源混沌电磁发射机的发射信号具有Lyapunov指数已知的混沌特性。

本发明应用实例减小了天然电磁场等带来的干扰，并且增加了Lyapunov指数等与地质相关的特征参数，在一定程度上使得地质勘探的预测结果更加准确，形成更加清晰准确的地质图像。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块（illustrativelogical block），单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性（interchangeability），上述的各种说明性部件（illustrativecomponents），单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线（DSL）或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片（disk）和磁盘（disc）包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明由中国石油大学（北京）前瞻导向基金项目（2010QZ03）赞助。

Claims (10)

1.一种可控源混沌电磁发射机，其特征在于，所述可控源混沌电磁发射机包括：

发电机，用于产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量；

三相整流器，用于将电能由交流变为直流；

DC-DC变化单元，用于对所述三相整流器输出的直流进行稳流处理，输出恒定直流；

逆变桥路，用于将所述恒定直流逆变成矩形脉冲，并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性；

发射电极，用于发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。

2.如权利要求1所述可控源混沌电磁发射机，其特征在于，当所述发电机为船载发电机时，所述可控源混沌电磁发射机还包括：

升压变压器，位于水上单元，用于连接所述发电机，将所述发电机产生的电能进行升压处理；

长输拖缆，用于连接所述升压变压器，将升压后的电能传输给降压变压器；

降压变压器，位于水下单元，用于连接所述长输拖缆，将升压后的电能进行降压处理后输送给所述三相整流器。

3.如权利要求1所述可控源混沌电磁发射机，其特征在于，所述发射电极包括：发射电极A和发射电极B；所述发射电极A和所述发射电极B通过负载构成回路，形成变化的电磁场，从而发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。

4.如权利要求1所述可控源混沌电磁发射机，其特征在于，所述可控源混沌电磁发射机还包括：控制器；

所述逆变桥路，在将所述恒定直流逆变成矩形脉冲后，在所述控制器的作用下使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性。

5.如权利要求4所述可控源混沌电磁发射机，其特征在于，所述可控源混沌电磁发射机还包括：电流检测单元、系统保护单元、通信单元，其中：

所述电流检测单元，连接于所述发射电极B和所述控制器之间，用于进行电流检测；

所述系统保护单元，连接所述控制器，用于进行电流、电压、温度保护；

所述通信单元，连接所述控制器，用于进行通信。

6.一种可控源混沌电磁发射机的工作方法，其特征在于，所述可控源混沌电磁发射机的工作方法，包括：

利用发电机产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量；

利用三相整流器将电能由交流变为直流；

利用DC-DC变化单元对所述三相整流器输出的直流进行稳流处理，输出恒定直流；

利用逆变桥路将所述恒定直流逆变成矩形脉冲，并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性；

利用发射电极发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。

7.如权利要求6所述可控源混沌电磁发射机的工作方法，其特征在于，当所述发电机为船载发电机时，所述可控源混沌电磁发射机的工作方法还包括：

利用位于水上单元的升压变压器连接所述发电机，将所述发电机产生的电能进行升压处理；

利用长输拖缆连接所述升压变压器，将升压后的电能传输给降压变压器；

利用位于水下单元的降压变压器连接所述长输拖缆，将升压后的电能进行降压处理后输送给所述三相整流器。

8.如权利要求6所述可控源混沌电磁发射机的工作方法，其特征在于，所述发射电极包括：发射电极A和发射电极B；所述利用发射电极发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲，包括：

利用所述发射电极A和所述发射电极B通过负载构成回路，形成变化的电磁场，从而发射占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。

9.如权利要求6所述可控源混沌电磁发射机的工作方法，其特征在于，所述可控源混沌电磁发射机还包括：控制器；所述利用逆变桥路将所述恒定直流逆变成矩形脉冲，并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性，包括：

利用逆变桥路在将所述恒定直流逆变成矩形脉冲后，在所述控制器的作用下使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有Lyapunov指数已知的混沌特性。

10.如权利要求9所述可控源混沌电磁发射机的工作方法，其特征在于，所述可控源混沌电磁发射机还包括：电流检测单元、系统保护单元、通信单元，所述可控源混沌电磁发射机的工作方法还包括：

利用所述电流检测单元连接于所述发射电极B和所述控制器之间，进行电流检测；

利用所述系统保护单元连接所述控制器，进行电流、电压、温度保护；

利用所述通信单元连接所述控制器，进行通信。

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