CN112285786A - 一种基于超高密度电法设备提高勘探深度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超高密度电法设备提高勘探深度的方法，超高密度电法设备发射生成自定义编码双极性波，该波由选择的多个主频进行混频处理与根据本原多项式产生的逆M序列叠加，最后进行编码操作而成。主频的幅度、相位、个数根据探测需求自由选择，产生的自定义编码波形在频谱分析上其能量主要落在选择的主频上，在自相关分析上具备逆M序列的循环自相关性质，自定义的波形既可满足频率域探测要求，又可利用伪随机逆M序列码提高系统辨识度，消除辨识误差提高分辨率，接收端采集到的数据采用自适应噪声对消方法消除噪声，利用差分递归最小二乘算法提取纯激电效应和电磁耦合效应，实现在低信噪比的情况下依旧能提取有效信息从而提高勘探深度。

Description

一种基于超高密度电法设备提高勘探深度的方法

技术领域

本发明涉及勘探地球物理学技术领域，具体是一种基于超高密度电法设备提高勘探深度的方法。

背景技术

超高密度电法勘探设备能灵活的适应勘探地形起伏较大导致的视电阻率异常、位置发生畸变和位移等问题，勘探信息丰富，一次性布置电极即可实现多种电极装置的自动切换组合，在配合工程地质勘察过程中能起到积极作用。电法勘探设备成本与勘探成本相对于电磁法低廉，且在物质勘探、大型水利工程、铁路建设工程中一直还发挥着重要的作用。

电法仪器的勘探深度理想情况下取决于发射电极的极距，加大极距即可增大勘探深度。实际勘探过程中增大探勘深度一方面可提高发射功率进而提高采集数据信噪比(SNR)；另一方面在发射功率较低时，自定义发射端的发射波形提高系统辨识度，接收端的采集数据进行数字信号处理等方法，使之能够在信噪比较低数据中提取出有效信息达到高发射功率同等勘探的效果，可总结为勘探的深度取决于在该深度下是否能够有效勘探信息即激电效应和电磁耦合效应。

激电效应(IP)是发生在地质介质中因外电流激发而引起介质内部出现电荷分离，产生一个附加的“过电位”的一种物理化学现象。电磁耦合效应是供入地下的电流随时间的变化引起的，发生在电流变化的时间段即电流接通和关断的片刻。

CN102780492A公开了一种高密度发射自定义波形编码方法，该方法首先确定探测主频并进行混频处理，然后叠加高斯白噪声序列。叠加的是高斯白噪声序列不具备循环自相关性，不涉及伪随机码特性，未结合具体的发射装置。

CN1916662A公开了一种多功能电法勘探信号发生器，利用计算机作为控制系统、总线接口、波形选择寄存器、分频因子寄存器等组成。文中提到了可以发射自定义波形，但没有具体叙述产生的具体方法以及未验证自定义的发射波形对于勘探是否有积极意义。

CN102129088A公开一种探地仪发射机，该发射机发射双极性矩形波，应用于瞬变电磁法勘探，主要为电感性负载，而电法仪负载主要呈容性。

CN102426393A公开了一种电法勘探方法和装置，该装置由发送机和接收机两部分组成。文中未叙述发射信号的产生过程，接收到的数据进行的是互相关处理。

2004年，何继善院士在《双频激电法》一书中提出了利用方波相干法将采集到的数据信息如激电效应和电磁耦合效应分别提取出来，书中指出电磁耦合中含有的有用信息提取出来很有意义的，但在该方法中未提及当采集到的数据被噪声掩埋时如何提取以及验证在该情况下方法是否还能适用。该书中阐述了频率域探测与时间域探测可等效，但两者不同的是频率域探测所需发射功率远小于时间域激电探测。

罗延钟在物探与化探发表的论文《利用多频测量做“变频法”电磁耦合校正》一文中提出利用纯激电效应的幅频特性及其特征参数作近似校正计算，可有效降低电磁耦合效应的影响，该研究十分有意义，但文中方法主要在消除电磁耦合效应，而不是提取电磁耦合效应作为物探有效信息的一部分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超高密度电法设备提高勘探深度的方法。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于超高密度电法设备提高勘探深度的方法，包括如下步骤：

1)布置在待勘探区域的超高密度电法设备发射产生自定义编码双极性波，步骤如下：

1-1)生成逆M序列：确定M序列的n阶本原多项式与移位寄存器的初始状态，通过M序列信号发生器

依次产生M序列，然后对M序列隔位取反即得到不含直流分量的逆M序列，其中M序列的码元宽度选择依据对大地冲击响应峰值时刻的估计与发射机实际发射能力，对于阶数n的选择依赖实际探勘的噪声水平，移位寄存器的初始状态不全零；

1-2)确定主频与混频：根据仪器所选取的勘探方法和勘探地质情况以及工程的需求确定主频频率和频点的个数，若选取j个频点，频率为f_j正弦波，相位为ξ_j，以接收端实际采样率满足奈奎斯采样定理生成y_j＝A_jsin[2π(f_jt+ξ_j)]主频波形信号，最后按时间序列依次叠加即为产生的原始主频信号Y＝y₁+y₂+...+y_j；

1-3)编码：选取原始主频信号的最低频点f_min作为参考周期

根据实际勘探所需的主频范围确定在每个周期T内叠加h次循环逆M序列码，叠加的每个逆M序列码乘以系数k，逆M序列码与原始主频信号按时间序列叠加产生预编码波形Q_i，根据预编码波形最大值将其整体波形幅值按比例缩至[-1，1]区间后对其按自定义比例ki编码成1、0、-1双极性码，编码生成的自定义双极性波过程的数学表达式Z_i为：

ki＝(a_i:b_i:c_i){a_i,b_i,c_i}∈(0,0.5)

a_i、b_i、c_i为选取的比例正数，

所述的编码自定义双极性波，满足以下条件：

a、编码波形进行自相关分析必须满足逆M序列的整体循环自相关性；

b、对编码波形进行频谱分析必须满足其能量主要落下选定的主频上；

若不满足以上条件，则调整系数k与ki，直至满足编码波形所需要的条件。

所述的自定义双极性波最小脉宽取决于在参考周期T内叠加了多少个循环逆M序列。

编码生成的自定义双极性波为发射机实际发射波形信号，发射机的发射电路由4个NMOS搭建的全桥电路、光耦隔离电路、控制信号驱动电路和电流电压采集电路、过流过温保护电路组成，其中驱动全桥电路的下臂控制电路中串接逻辑非门，防止因传输线时延导致的全桥电路上下臂误操作。

2)超高密度电法设备的接收端接收步骤1)产生的自定义编码双极性波的数据，并对接收的数据进行噪声消除，具体步骤如下：

接收端接收的数据由噪声、纯激电效应、电磁耦合效应、发射波形注入地下时使接收端提高的基准电压、50Hz工频干扰组成，其中噪声包括天然磁场干扰、自身设备干扰、工频干扰，噪声中含有的50Hz工频干扰在接收端硬件电路上采用双T型陷波滤波器即带阻滤波器滤除50Hz这一特定频率的干扰信号，在超高密度电法设备进行勘探前，先选通接收电极并采集当前所勘探的地质随机噪声数据存入设备存储芯片SD卡中，并将噪声数据导入上位机PC端统计随机噪声数据特性变化，勘探时接收端接收到的数据作为信号源，勘探前采集到的数据作为噪声源，采集的噪声是随机噪声，不同时刻采集到的噪声均具有随机性，电极的布极位置不变勘探设备不变，且勘探过程中外部环境不出现剧烈变化、人工操作不出现失误，则采集到的信号源与噪声源是具备相关性的，将所有数据导入PC端上位机，同时利用其统计特性将噪声数据序列扩展为与信号源同等长度，利用自适应噪声对消系统将噪声消除，自适应噪声对消系统中的自适应滤波器采用维纳霍夫最小二乘算法(LMS)，该算法根据随机梯度方法逐渐调整，最终逼近维纳-霍夫最优解，完成滤除噪声，消噪后的自定义编码双极性波如图10所示。

3)从步骤2)中完成消噪后的自定义编码双极性波中提取激电效应与电磁耦合效应，方法如下：

发射波形控制信号为自定义双极性波，采用差分递归最小二乘算法提取激电效应与电磁耦合效应，发射端信号作为初始信号dn，接收端经噪声对消之后的数据作为输入信号xn，差分递归最小二乘算法利用初始信号dn与输入信号xn的互相关性使自适应滤波器的输出信号与初始信号具备强互相关性且输出信号波形几乎完全收敛于初始信号，最后用输入信号与自适应滤波输出信号按数据序列逐个相减即得到激电效应与电磁耦合效应占主要成分的波形数据，其中消掉的部分即为发射波形注入地下时使得接收端提高的基准电压，上位机程序提取步骤如下：

3-1)初始化自适应滤波器的L个系数f＝[0,0,…0]^T和输入信号逆自相关矩阵

其中δ为正则系数，I为[L,L]单位矩阵；

3-2)接收新的数据采样对{x[n+1],d(n+1)}并将输入信号x[n+1]从高位移到输入信号向量X[n+1]，该向量为[1,L]一维矩阵；

3-3)计算自适应滤波器的输出信号y[n+1]＝f^T[n]X[n+1]^T；

3-4)计算先验误差函数e[n+1]＝d[n+1]-y[n+1]；

3-5)计算卡尔曼增益因子

k[n+1]为[L,1]矩阵；

3-6)更新滤波器系数f[n+1]＝f[n]+k[n+1]e[n+1]；

3-7)更新滤波器的逆自相关矩阵

3-8)重复步骤3-2)，直至数据序列中最后一位数据计算完成；

3-9)输入信号与自适应滤波输出信号相消即提取到激电效应与电磁耦合效应，实现在低信噪比的情况下仍能提取有效信息，从而提高勘探深度。

本发明提供的一种基于超高密度电法设备提高勘探深度的方法，该方法是在全波形采样的超高密度电法设备基础上的一种勘探深度提高方法，超高密度发射机发射的电流波形是一种自定义编码双极性波形，该自定义波形由选择的多个主频进行混频处理与根据本原多项式产生的逆M序列叠加而成，最后进行编码操作。主频的幅度、相位、个数根据探测需求可自由选择。产生的自定义编码波形在频谱分析上其能量主要落在选择的主频上，并且在自相关分析上具备逆M序列的循环自相关性质。自定义的发射波形即可满足频率域探测要求，又可利用伪随机逆M序列码提高系统辨识度，消除辨识误差提高分辨率，利于做精细探测。接收端采集到的数据采用自适应噪声对消方法消除噪声，利用差分递归最小二乘算法提取纯激电效应和电磁耦合效应，可实现在低信噪比的情况下依旧能提取有效信息从而提高勘探深度，还可减小发射功率，使得设备轻便利于在山区、野外地形复杂的地方进行探勘。

附图说明

图1为自定义编码双极性波的产生原理框图；

图2为差分递归最小二乘算法的基本结构示意图；

图3为用本原多项式产生的逆M序列波形图；

图4为逆M序列的循环自相关特性图；

图5为选定主频混频后产生的原始主频波形图；

图6为逆M序列与原始主频信号混叠之后的波形图；

图7为全波形采集的超高密度电法设备自定义双极性编码发射波形图；

图8为自定义双极性编码发射波形频谱分析图；

图9为自定义双极性编码发射波形整体循环自相关特性图；

图10为接收端采集数据在自定义编码发射波形激励下得到纯激电效应波形图；

图11为接收端采集数据在自定义编码发射波形激励下得到纯电磁耦合效应波形图；

图12为用自适应噪声对消之后消噪效果图，图示中发射激励信号为自定义编码发射波形；

图13为用差分RLS算法之后提取到的激电效应与电磁耦合效应；

图14为逆M序列信号产生过程图；

图15为全波形采集的超高密度电法设备系统框架图；

图16为发射板的主体电路图；

图17自适应噪声对消系统消噪过程图；

图18为超高密度电法设备的勘探布置图；

图19为图18的放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容做进一步阐述，但不是对本发明的限定。

一种基于超高密度电法设备提高勘探深度的方法，包括如下步骤：

1)布置在待勘探区域的超高密度电法设备发射产生自定义编码双极性波，超高密度电法设备的系统框架图如图15所示，主要包括主控板、发射板、接收板、高密度电极板，主控板采用基于STM32F417ZG的芯片主要负责对设备的监测、电极指令控制、数据存储；FPGA(现场可编程门阵列)相当于STM32的执行端，所有的操作指令由STM32下发，主要执行对高密度电极板的选极操作，以及驱动采集板进行数据采集，采集数据缓存至DRAM再传输给STM32进行存储。每一块高密度电极板可接32个电极，电极的选通由32个高压继电器、64个用于接收的信号继电器组成。所有的继电器选通信号通过串入并出缓存芯片74HC595PWR控制，高压继电器通过达林顿管集成IC控制。电极板之间可进行拓展，在驱动能力范围内，可拓展成32的倍数个电极，这种移位并行输出方式可实现高密度布极。接收板由6个独立采集通道构成，勘探过程中一个采集板便可同时采集6个通道数据且ADC芯片采用菊花链方式一次性将6个通道的ADC数据送入到主控板。

其中发射板的主体电路图如图16所示，由4个大功率NMOS构成全桥电路，这里定义仅有NMOS管Q7与Q10导通时，发射电压为正；当仅有Q8与Q9导通时，发射电压为负；当所有NMOS管均不导通时，发射电压为0。生成的自定义双极性编码逻辑电平为1、0、-1，当硬件编码为1时，则控制信号CTR_LEFT输出高、CTR_RIGHT输出低，此时Q7导通，Q9串接了SN74AHC1G04逻辑非门所以关断，同理Q8关断，Q10导通；反之，当硬件编码为-1时，Q7关断、Q9导通、Q8导通、Q10关断；硬件编码为0时，则CTR_LEFT、CTR_RIGHT输出低。在该发射电路中均通过光耦隔离芯片TLP250实现对NMOS的驱动，上臂独立隔离电源用于给上臂的驱动。发射电路中当电流过大时，通过比较器LM393来关断所有的NMOS驱动来达到保护作用。通过该电路即可实现发射自定义双极性编码波形。生成的自定义双极性波最小脉宽取决于在参考周期T内叠加了多少个循环逆M序列。比如：选取的最低主频为0.5Hz、逆M序列阶数为7阶即一个循环为127(2ⁿ-1)、叠加两个逆M序列，则最小脉宽为

即最小占空比(PWM)。自定义双极性波形是一种变频方波，其主要影响因素为选择的主频点，即当主频点变化时，产生的自定义波形也在变化。选取的主频正弦波在硬件中(FPGA)的实现通过采用数字式频率合成器(DDS)合成，根据实际采样率生成主频正弦波，而后将生成的主频数据点存储并放入FPGA中内部RAM区或外部DRAM，FPGA利用查找表读取数据点即可在内部产生主频正弦波。

图中时钟同步系统主要用于联合多机勘探设备进行勘探，解决大规模分布式探测。该设备发射-接收一体，将激发极化法与高密度电阻率法结合降低解释的多解性；通过统计分析逆M序列数据有效识别以及频率域探测特性曲线、消除激电数据中的强噪声干扰，提高供电极距和低频点探测时的激电数据质量。

超高密度电法设备的勘探布置图如图18、图19所示，勘探过程中最基本结构是发射端、接收端，接收端可有多个同时采集，电极排列形式(电极装置)由选择的电极位置有关，一般主要有“中间梯度”、“偶极-偶极”、“对称四极“排列方式。一个电极板可布置32个电极，此处使用两个电极板即64路电极，将其布置成16行4列，电极之间的距离根据实际探测需求以及设备勘探能力决定。64个电极既可作为发射端也可作为接收端，当主控板选择了发射端一对电极，则该对电极不可作为接收端，其余62个电极均可作为接收电极。由于发射的是双极性波形，所选取的发射端与顺序无关、接收端是差分输入也与顺序无关，故电极选通方式共有

(以64个电极为例)，N为选取了多少对电极作为采集接收端。一个采集板六个独立ADC采集通道，可同时采集6对接收端电极数据，多个采集板之间扩展以6的倍数独立采集通道增加，即可实现一次性布极之后完成多种电极装置超高密度勘探，同时采集板扩展结构极大的解决了探勘效率问题。

自定义编码双极性波的产生原理框图如图1所示，具体步骤如下：

1-1)生成逆M序列：确定M序列的n阶本原多项式与移位寄存器的初始状态，常用的本原多项式如图下表1所示，通过M序列信号发生器

依次产生M序列，然后对M序列隔位取反即得到不含直流分量的逆M序列，其中M序列的码元宽度选择依据对大地冲击响应峰值时刻的估计与发射机实际发射能力，对于阶数n的选择依赖实际探勘的噪声水平，移位寄存器的初始状态不全零；

表1常用本原多项式

超高密度电法设备中的硬件FPGA产生逆M序列码过程如图14所示，确定初始状态a_n-1,…,a₁,a₀与阶数n，根据本原多项式表确定c₁、c₂…c_n-1。每一个移位时钟周期，移位寄存器的左端将得到一个新的输入a_n值，即为产生的一个新的m序列值从图示右端输出a_k，a_n值可表示为：

得到M序列码之后隔位取反即可得到逆M序列码，逆重复M序列具备逆重复性，即：

L(t)＝-L(t+T)

在一个周期内，其平均值为0，无直流分量即：

不同于m序列信号作为输入需要消除直流分量。

用本原多项式产生的逆M序列波形图如图3所示，逆M序列的循环自相关特性图如图4所示。

1-2)确定主频与混频：根据仪器所选取的勘探方法和勘探地质情况以及工程的需求确定主频频率和频点的个数，若选取j个频点，频率为f_j正弦波，相位为ξ_j，以接收端实际采样率满足奈奎斯采样定理生成y_j＝A_jsin[2π(f_jt+ξ_j)]主频波形信号，最后按时间序列依次叠加即为产生的原始主频信号Y＝y₁+y₂+...+y_j；如：选取了3个频点，频率为0.5Hz、5.5Hz、25.5Hz的正弦波，相位分别ξ₁、ξ₂、ξ₃，以接收端实际采样率满足奈奎斯采样定理生成y₁＝A₁sin[2π(f₁t+ξ₁)]、y₂＝A₂sin[2π(f₂t+ξ₂)]、y₃＝A₃sin[2π(f₃t+ξ₃)]主频波形信号，最后按时间序列依次叠加即为产生的原始主频信号Y＝y₁+y₂+y₃。选定主频混频后产生的原始主频波形图如图5所示。

1-3)编码：选取原始主频信号的最低频点f_min作为参考周期

根据实际勘探所需的主频范围确定在每个周期T内叠加h次循环逆M序列码，逆M序列与原始主频信号混叠之后的波形图如图6所示，叠加的每个逆M序列码乘以系数k，逆M序列码与原始主频信号按时间序列叠加产生预编码波形Q_i，根据预编码波形最大值将其整体波形幅值按比例缩至[-1，1]区间后对其按自定义比例ki编码成1、0、-1双极性码，编码生成的自定义双极性波过程的数学表达式Z_i为：

ki＝(a_i:b_i:c_i){a_i,b_i,c_i}∈(0,0.5)

a_i、b_i、c_i为选取的比例正数，

所述的编码自定义双极性波，满足以下条件：

a、编码波形进行自相关分析必须满足逆M序列的整体循环自相关性；

b、对编码波形进行频谱分析必须满足其能量主要落下选定的主频上；

若不满足以上条件，则调整系数k与ki，直至满足编码波形所需要的条件。

所述的自定义双极性波最小脉宽取决于在参考周期T内叠加了多少个循环逆M序列。

编码生成的自定义双极性波为发射机实际发射波形信号，发射机的发射电路由4个NMOS搭建的全桥电路、光耦隔离电路、控制信号驱动电路和电流电压采集电路、过流过温保护电路组成，其中驱动全桥电路的下臂控制电路中串接逻辑非门，防止因传输线时延导致的全桥电路上下臂误操作。

全波形采集的超高密度电法设备自定义双极性编码发射波形图如图7所示，自定义双极性编码发射波形频谱分析如图8所示、自定义双极性编码发射波形整体循环自相关特性如图9所示。

2)超高密度电法设备的接收端接收步骤1)产生的自定义编码双极性波的数据，并对接收的数据进行噪声消除，具体步骤如下：

接收端接收的数据由噪声、纯激电效应(如图10所示)、电磁耦合效应(如图11所示)、发射波形注入地下时使接收端提高的基准电压、50Hz工频干扰组成，其中噪声包括天然磁场干扰、自身设备干扰、工频干扰，噪声中含有的50Hz工频干扰在接收端硬件电路上采用双T型陷波滤波器即带阻滤波器滤除50Hz这一特定频率的干扰信号，在超高密度电法设备进行勘探前，先选通接收电极并采集当前所勘探的地质随机噪声数据存入设备存储芯片SD卡中，并将噪声数据导入上位机PC端统计随机噪声数据特性变化，勘探时接收端接收到的数据作为信号源，勘探前采集到的数据作为噪声源，采集的噪声是随机噪声，不同时刻采集到的噪声均具有随机性，电极的布极位置不变勘探设备不变，且勘探过程中外部环境不出现剧烈变化、人工操作不出现失误，则采集到的信号源与噪声源是具备相关性的，将所有数据导入PC端上位机，同时利用其统计特性将噪声数据序列扩展为与信号源同等长度，利用自适应噪声对消系统将噪声消除，自适应噪声对消系统消噪过程如图17所示，信噪源s_j即为接收端采集数据中的纯激电效应、电磁耦合效应、发射波形注入地下时使得接收端提高的基准电压，噪声源n₁即为勘探前采集到的噪声数据，n₀为勘探数据中需抵消的噪声，n₁与n₀相关但与s_j不相关，系统输出用Z_j表示，Z_j＝d_j-y_j＝s_j+n₀-y_j。输出信号的均方值为：

由于s_j与n₁,n₀不相关，因此s_j与y_j也不相关，则：

表示信号的功率，要使输出信号只包含有用信号，就要求E[(n₀-y_j)²]取得最小值，自适应滤波器采用维纳霍夫最小二乘算法LMS算法用维纳-滤波最优解公式计算出滤波系数使得E[(n₀-y_j)²]尽可能最小，即可达到消除噪声的目的，该算法根据随机梯度方法逐渐调整，最终逼近维纳-霍夫最优解，完成滤除噪声，消噪后的自定义编码双极性波如图12所示。

3)从步骤2)中完成消噪后的自定义编码双极性波中提取激电效应与电磁耦合效应，方法如下：

发射波形控制信号为自定义双极性波，采用差分递归最小二乘算法提取激电效应与电磁耦合效应，差分递归最小二乘算法的基本结构示意图如图2所示，发射端信号作为初始信号dn，接收端经噪声对消之后的数据作为输入信号xn，差分递归最小二乘算法利用初始信号dn与输入信号xn的互相关性使自适应滤波器的输出信号与初始信号具备强互相关性且输出信号波形几乎完全收敛于初始信号，最后用输入信号与自适应滤波输出信号按数据序列逐个相减即得到激电效应与电磁耦合效应占主要成分的波形数据，其中消掉的部分即为发射波形注入地下时使得接收端提高的基准电压，上位机程序提取步骤如下：

3-1)初始化自适应滤波器的L个系数f＝[0,0,…0]^T和输入信号逆自相关矩阵

其中δ为正则系数，I为[L,L]单位矩阵；

3-2)接收新的数据采样对{x[n+1],d(n+1)}并将输入信号x[n+1]从高位移到输入信号向量X[n+1]，该向量为[1,L]一维矩阵；

3-3)计算自适应滤波器的输出信号y[n+1]＝f^T[n]X[n+1]^T；

3-4)计算先验误差函数e[n+1]＝d[n+1]-y[n+1]；

3-5)计算卡尔曼增益因子

k[n+1]为[L,1]矩阵；

3-6)更新滤波器系数f[n+1]＝f[n]+k[n+1]e[n+1]；

3-7)更新滤波器的逆自相关矩阵

3-8)重复步骤3-2)，直至数据序列中最后一位数据计算完成；

3-9)输入信号与自适应滤波输出信号相消即提取到激电效应与电磁耦合效应，实现在低信噪比的情况下仍能提取有效信息，从而提高勘探深度。采用差分递归最小二乘算法RLS提取到的激电效应与电磁耦合效应如图13所示。

Claims (2)

1.一种基于超高密度电法设备提高勘探深度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)布置在待勘探区域的超高密度电法设备发射产生自定义编码双极性波，步骤如下：

1-1)生成逆M序列：确定M序列的n阶本原多项式与移位寄存器的初始状态，通过M序列信号发生器

依次产生M序列，然后对M序列隔位取反即得到不含直流分量的逆M序列，其中M序列的码元宽度选择依据对大地冲击响应峰值时刻的估计与发射机实际发射能力，对于阶数n的选择依赖实际探勘的噪声水平，移位寄存器的初始状态不全零；

1-2)确定主频与混频：根据仪器所选取的勘探方法和勘探地质情况以及工程的需求确定主频频率和频点的个数，若选取j个频点，频率为f_j正弦波，相位为ξ_j，以接收端实际采样率满足奈奎斯采样定理生成y_j＝A_jsin[2π(f_jt+ξ_j)]主频波形信号，最后按时间序列依次叠加即为产生的原始主频信号Y＝y₁+y₂+...+y_j；

1-3)编码：选取原始主频信号的最低频点f_min作为参考周期

根据实际勘探所需的主频范围确定在每个周期T内叠加h次循环逆M序列码，叠加的每个逆M序列码乘以系数k，逆M序列码与原始主频信号按时间序列叠加产生预编码波形Q_i，根据预编码波形最大值将其整体波形幅值按比例缩至[-1，1]区间后对其按自定义比例ki编码成1、0、-1双极性码，编码生成的自定义双极性波过程的数学表达式Z_i为：

ki＝(a_i:b_i:c_i){a_i,b_i,c_i}∈(0,0.5)

a_i、b_i、c_i为选取的比例正数，

2)超高密度电法设备的接收端接收步骤1)产生的自定义编码双极性波的数据，并对接收的数据进行噪声消除，具体步骤如下：

接收端接收的数据由噪声、纯激电效应、电磁耦合效应、发射波形注入地下时使接收端提高的基准电压、50Hz工频干扰组成，其中噪声包括天然磁场干扰、自身设备干扰、工频干扰，噪声中含有的50Hz工频干扰在接收端硬件电路上采用双T型陷波滤波器即带阻滤波器滤除50Hz这一特定频率的干扰信号，在超高密度电法设备进行勘探前，先选通接收电极并采集当前所勘探的地质随机噪声数据存入设备存储芯片SD卡中，并将噪声数据导入上位机PC端统计随机噪声数据特性变化，勘探时接收端接收到的数据作为信号源，勘探前采集到的数据作为噪声源，采集的噪声是随机噪声，不同时刻采集到的噪声均具有随机性，电极的布极位置不变勘探设备不变，且勘探过程中外部环境不出现剧烈变化、人工操作不出现失误，则采集到的信号源与噪声源是具备相关性的，将所有数据导入PC端上位机，同时利用其统计特性将噪声数据序列扩展为与信号源同等长度，利用自适应噪声对消系统将噪声消除，自适应噪声对消系统中的自适应滤波器采用维纳霍夫最小二乘算法LMS，该算法根据随机梯度方法逐渐调整，最终逼近维纳-霍夫最优解，完成滤除噪声；

3)从步骤2)中完成消噪后的自定义编码双极性波中提取激电效应与电磁耦合效应，方法如下：

发射波形控制信号为自定义双极性波，采用差分递归最小二乘算法提取激电效应与电磁耦合效应，发射端信号作为初始信号dn，接收端经噪声对消之后的数据作为输入信号xn，差分递归最小二乘算法利用初始信号dn与输入信号xn的互相关性使自适应滤波器的输出信号与初始信号具备强互相关性且输出信号波形几乎完全收敛于初始信号，最后用输入信号与自适应滤波输出信号按数据序列逐个相减即得到激电效应与电磁耦合效应占主要成分的波形数据，其中消掉的部分即为发射波形注入地下时使得接收端提高的基准电压，上位机程序提取步骤如下：

3-1)初始化自适应滤波器的L个系数f＝[0,0,…0]^T和输入信号逆自相关矩阵

其中δ为正则系数，I为[L,L]单位矩阵；

3-2)接收新的数据采样对{x[n+1],d(n+1)}并将输入信号x[n+1]从高位移到输入信号向量X[n+1]，该向量为[1,L]一维矩阵；

3-3)计算自适应滤波器的输出信号y[n+1]＝f^T[n]X[n+1]^T；

3-4)计算先验误差函数e[n+1]＝d[n+1]-y[n+1]；

3-5)计算卡尔曼增益因子

k[n+1]为[L,1]矩阵；

3-6)更新滤波器系数f[n+1]＝f[n]+k[n+1]e[n+1]；

3-7)更新滤波器的逆自相关矩阵

3-8)重复步骤3-2)，直至数据序列中最后一位数据计算完成；

3-9)输入信号与自适应滤波输出信号相消即提取到激电效应与电磁耦合效应，实现在低信噪比的情况下仍能提取有效信息，从而提高勘探深度。

2.根据权利要求1所述的一种基于超高密度电法设备提高勘探深度的方法，其特征在于，所述的自定义编码双极性波，满足以下条件：

a、编码波形进行自相关分析必须满足逆M序列的整体循环自相关性；

b、对编码波形进行频谱分析必须满足其能量主要落下选定的主频上；

若不满足以上条件，则调整系数k与ki，直至满足编码波形所需要的条件；

自定义编码双极性波最小脉宽取决于在参考周期T内叠加了多少个循环逆M序列；

编码生成的自定义双极性波为发射机实际发射波形信号，发射机的发射电路由4个NMOS搭建的全桥电路、光耦隔离电路、控制信号驱动电路和电流电压采集电路、过流过温保护电路组成，其中驱动全桥电路的下臂控制电路中串接逻辑非门，防止因传输线时延导致的全桥电路上下臂误操作。

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