CN111796330A - 一种时频联合探测波的合成方法和装置以及探测方法 - Google Patents

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王中兴
底青云
刘志尧
张天信
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Abstract

一种时频联合探测波的合成方法和装置以及地下电性信息的探测方法，其中，时频联合探测波的合成方法，包括：获取时间域发射波；在所述时间域发射波的关断时间中加入伪随机序列，得到时频联合探测波；基于探测深度和分辨率需求设置所述时频联合探测波的发射参数。本发明通过上述方法合成的时频联合探测波来探测，能够实现由浅至深全深度范围内的地下电性信息的高分辨率探测。

Description

一种时频联合探测波的合成方法和装置以及探测方法
技术领域
本发明涉及地下探测领域，具体涉及一种时频联合探测波的合成方法和装置以及探测方法。
背景技术
航空电磁探测方法航空电磁探测方法起源于20世纪70年代，该方法利用固定翼或直升机平台搭载电磁发射接收系统，可实现空中移动探测地下电性分布信息。具备快速、高效、低成本、高分辨率等优势，被广泛应用于矿产资源探测、地下水资源探测和地下空间探测等领域。航空电磁法包括使用时间域发射波进行探测，传统的时间域发射波包括周期性设置的导通波形以及在导通波形后设置的关关时间。使用时间域发射波进行探测，深度较高，但浅部分辨率较低。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种探测深度范围大且分辨率高的时频联合探测波的合成方法和装置，以及地下电性信息的探测方法。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种时频联合探测波的合成方法，包括：获取时间域发射波；在所述时间域发射波的关断时间中加入伪随机序列，得到时频联合探测波；基于探测深度和分辨率需求设置所述时频联合探测波的发射参数。
可选的，所述关断时间包括：第一关断时间和第二关断时间；所述时频联合探测波包括周期性设置的：导通波形时间、第一关断时间、伪随机序列时间和第二关断时间。
可选的，所述基于探测深度和分辨率需求设置所述时频联合探测波的发射参数，包括：基于探测深度和分辨率需求设置所述时频联合探测波的周期、发射电流幅度、所述导通波形时间、所述导通波形时间中导通波形的类型、所述第一关断时间、所述伪随机序列时间、所述伪随机序列时间中所述伪随机序列参数和所述第二关断时间中的一种或多种。
可选的，所述导通波形的类型包括：半正弦波、梯形波、三角波或阶梯波。
可选的，所述分辨率需求包括横向分辨率需求和纵向分辨率需求。
可选的，基于所述横向分辨率确定所述发射电流幅度和所述伪随机序列时间中伪随机序列的周期数。
可选的，基于所述纵向分辨率确定所述时频联合探测波的周期和所述伪随机序列时间中伪随机序列的频点个数。
可选的，时频联合探测波的合成方法还包括：合成所述时频联合发射波并测试是否满足探测需求；若满足，则完成合成；若不满足，则对所述发射参数进行修改。
本发明的第二方面提供了一种时频联合发射波的合成装置，用于合成如本发明的第一方面提供的时频联合发射波。
本发明的第三方面提供了一种地下电性信息的探测方法，其特征在于，包括：使用如本发明的第一方面提供的时频联合发射波进行探测。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明的合成方法合成的时频联合探测波，通过在时间域发射波形的关断时间中加入伪随机序列波形，能够实现由浅至深全深度范围内的电性信息的高分辨率探测。
附图说明
图1是本发明第一实施方式提供的时频联合探测波的合成方法的流程图；
图2是本发明第一实施方式提供的时频联合探测波的波形图；
图3是现有技术的时间域发射波的波形图；
图4是本发明第一实施方式提供的时频联合探测波中伪随机序列的波形图。
附图标记：
1：导通波形时间；2：第一关断时间；3：伪随机序列时间；4：第二关断时间。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
第一实施方式
图1是本发明第一实施方式提供的时频联合探测波的合成方法的流程图。
如图1所示，本实施方式提供了一种时频联合探测波的合成方法，包括：S1：获取时间域发射波；S2：在所述时间域发射波的关断时间中加入伪随机序列，得到时频联合探测波；S3：基于探测深度和分辨率需求设置所述时频联合探测波的发射参数。
本实施方式通过上述方法合成的时频联合探测波来探测，能够实现由浅至深全深度范围内的地下电性信息的高分辨率探测，其中地下电性信息至少包括地下介质电阻率。
一些实施例中，所述关断时间包括：第一关断时间2和第二关断时间4。伪随机序列设置于第一关断时间2和第二关断时间4之间。故，所述时频联合探测波包括周期性设置的：导通波形时间1、第一关断时间2、伪随机序列时间3和第二关断时间4。
一些实施例中，基于探测深度和分辨率需求设置所述时频联合探测波的发射参数。
一些实施例中，基于探测深度和分辨率需求设置所述时频联合探测波的发射参数包括：基于探测深度和分辨率需求设置所述时频联合探测波的周期、发射电流幅度、所述导通波形时间1、所述导通波形时间1中导通波形的类型、所述第一关断时间2、所述伪随机序列时间3、所述伪随机序列时间3中所述伪随机序列参数和所述第二关断时间4中的一种或多种。具体来说，探测深度越浅、分辨率需求越高，时频联合探测波的周期越小，，伪随机序列的频率越高。探测深度越深、分辨率需求越高，发射电流幅度越大。其中，为了保证发射波形满足探测需求，还需考虑导通波形时间1和伪随机序列的之间的相互影响，必须保证伪随机序列测量时，导通波形激发产生的响应幅值已经衰减至接收系统的检测分辨率以下，导通波形测量时，伪随机序列激发产生的响应幅值已经衰减至接收系统的检测分辨率以下，故第一关断时间2和第二关断时间4长短的具体设置，还需要根据导通波形和伪随机序列的持续时间和电流幅度来确定，持续时间越长和电流幅度越强，第一关断时间2和第二关断时间4越长。进一步具体地，第一关断时间2至少为导通波形时间1的2倍，第二关断时间4至少为伪随机序列时间3的1倍。
一些实施例中，随机序列可以选用线性伪随机序列，也可以选用非线性伪随机序列；所述线性伪随机序列是指对数或线性等间隔频率组合而成的伪随机序列，如m序列或2n序列；所述非线性伪随机序列是指通过神经网络等方法选择的任意频率组合构成的伪随机序列；所述第二伪随机序列的选择与探测所需频率有关，当探测目标要求对特定深度对应的某些特定频率进行聚焦时，选择非线性伪随机序列，以便更好的精细化调整，否则选择线性伪随机序列。
举例来说：假设探测要求30-100Hz频段对应的深度，利用3频伪随机序列实现较高的分辨率。当选用线性伪随机序列时，可选择基频32Hz的23伪随机序列，即包含32Hz、64Hz和128Hz，其中32和64Hz在理想频段范围内。而选用非线性伪随机序列时，可任意设置谐波频率，则同样选择基频32Hz的伪随机波形时，可设置非线性伪随机频率为32Hz、64Hz和96Hz，即在理想频段范围内包含了3个频率。对比而言，非线性伪随机序列能够在理想频段范围内获得更高的分辨率。
一些实施例中，所述分辨率需求包括横向分辨率需求和纵向分辨率需求。具体来说，要探测的目标地区是一个立体的区域，包括水平横向探测范围和垂直竖向探测范围。
一些实施例中，基于所述横向分辨率确定所述发射电流幅度和伪随机序列时间3中伪随机序列的周期，实际进行航空探测是一直在边移动边测量的，实际测取数据的时候是将多个周期数据叠加，提取出有用信号，所以说在飞机飞行速度一定(水平)的情况下，横向分辨率要求越高，信噪比要越高，即发射电流幅度越高，伪随机序列的周期数越多。
一些实施例中，基于所述纵向分辨率确定所述周期。探测者在进行实际探测的时候，是通过接收返回的数据反映地下信息，具体为不同时间点的接收数据对应不同深度，故，纵向分辨率需求越高，时间点和频率越密集，时频联合探测波的周期越小，伪随机序列的频点个数越多。
一些实施例中，所述导通波形的类型可以是现有航空瞬变探测的发射波形中的任意一种，包括但不限于：半正弦波、梯形波、三角波或阶梯波。
一些实施例中，时频联合探测波的合成方法，还包括：
合成所述时频联合发射波并测试是否满足探测需求；
若满足，则完成合成；
若不满足，则对所述发射参数进行修改。
图2是本发明第一实施方式提供的时频联合探测波的波形图；图3是现有技术的时间域发射波的波形图；图4是本发明第一实施方式提供的时频联合探测波中伪随机序列的波形图。
如图2至图4可知，一些实施例中，发射电流阈值为20A，选择23伪随机序列做第二伪随机序列，其频率可为625Hz、1250Hz和2500Hz，伪随机序列基频信号的周期为1.25ms，伪随机序列时间3为2.5ms是基频信号周期的2倍且小于导通波形时间1，第二关断时间4为2.5ms。伪随机序列发射电流峰值设置为100A，相应的，625Hz电流为45.02A，1250Hz电流为31.86A，2500Hz电流为31.86。伪随机序列发射电流幅度高于电流阈值，能够保证该电流激发产生的接收信号强度高于接收系统分辨率。对比图2中的时频联合探测波和图3中相同频率和相同导通波形时间1和相同导通波形的单独时间域发射波，图2的时频联合探测波中发射电流高于电流阈值的最高频率为475Hz，高于图3中单独时间域发射波中的最高频率325Hz，即时频联合探测波能够获得更多有效高频信号，分辨率大大增高。此外，如图4所示，单独处理时频联合探测波中的伪随机序列波形信号时，可获得625Hz、1250Hz和2500Hz的探测信号，有效信号频率远高于单一时间域发射波的最高频率325Hz。
第二实施方式
本实施方式提供了一种地下电性信息的探测方法，包括：使用第一实施方式提供的时频联合发射波进行地下电性信息的探测。
第三实施方式
本实施方式提供了一种时频联合发射波的合成装置，用于合成第一实施方式的时频联合发射波。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种时频联合探测波的合成方法，其特征在于，包括：
获取时间域发射波；
在所述时间域发射波的关断时间中加入伪随机序列，得到时频联合探测波；
基于探测深度和分辨率需求设置所述时频联合探测波的发射参数。
2.根据权利要求1所述的时频联合探测波的合成方法，其特征在于，所述关断时间包括：第一关断时间(2)和第二关断时间(4)；
所述时频联合探测波包括周期性设置的：导通波形时间(1)、第一关断时间(2)、伪随机序列时间(3)和第二关断时间(4)。
3.根据权利要求1所述的时频联合探测波的合成方法，其特征在于，所述基于探测深度和分辨率需求设置所述时频联合探测波的发射参数，包括：基于探测深度和分辨率需求设置所述时频联合探测波的周期、发射电流幅度、所述导通波形时间(1)、所述导通波形时间(1)中导通波形的类型、所述第一关断时间(2)、所述伪随机序列时间(3)、所述伪随机序列时间(3)中所述伪随机序列参数和所述第二关断时间(4)中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的时频联合探测波的合成方法，其特征在于，所述导通波形的类型包括：半正弦波、梯形波、三角波或阶梯波。
5.根据权利要求3所述的时频联合探测波的合成方法，其特征在于，所述分辨率需求包括横向分辨率需求和纵向分辨率需求。
6.根据权利要求5所述的时频联合探测波的合成方法，其特征在于，基于所述横向分辨率确定所述发射电流幅度和所述伪随机序列时间(3)中伪随机序列的周期数。
7.根据权利要求5所述的时频联合探测波的合成方法，其特征在于，基于所述纵向分辨率确定所述时频联合探测波的周期和所述伪随机序列时间(3)中伪随机序列的频点个数。
8.根据权利要求1-7任一项所述的时频联合探测波的合成方法，其特征在于，还包括：
合成所述时频联合发射波并测试是否满足探测需求；
若满足，则完成合成；
若不满足，则对所述发射参数进行修改。
9.一种时频联合发射波的合成装置，其特征在于，用于合成如权利要求1-8任一项所述的时频联合发射波。
10.一种探测方法，其特征在于，包括：使用如权利要求1-9任一项所述时频联合发射波进行探测。
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