專(zhuān)利名稱(chēng)：用于海床記錄的最佳多頻率電磁信號(hào)的制作方法
用于海床記錄的最佳多頻率電磁信號(hào)許多記錄過(guò)程用電磁信號(hào)來(lái)發(fā)射或者獲得信息。記錄(logging) 過(guò)程的一個(gè)實(shí)施例是在海床記錄(sea bed logging )時(shí)使用電磁波、由 Electro Magnetic Geo Servies of Norway研發(fā)的受控源電磁測(cè)深的一 種特殊應(yīng)用。在這種過(guò)程的一個(gè)應(yīng)用中，如歐洲專(zhuān)利No. 1256019所述，能夠 用電磁波場(chǎng)頻率特殊來(lái)測(cè)定含有碳?xì)寤衔锘蛩男罘e存在和/或天 然本質(zhì)。在電磁海床記錄中，采用了包含正弦波和方波的許多類(lèi)型發(fā)射機(jī) 信號(hào)形狀。通過(guò)用若干個(gè)不同頻率記錄能夠顯著改進(jìn)數(shù)據(jù)的反演變換 和用所記錄的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的圖像。然而，只要用單一信號(hào)類(lèi)型記錄，假 定使用正弦信號(hào)，則在X個(gè)頻率時(shí)記錄將進(jìn)行X次。為了改進(jìn)數(shù)據(jù)反 演變換而基本上不增加記錄次數(shù)，可以使用含有特別理想的一些頻率 的多頻率信號(hào)。本發(fā)明涉及一種大體上改進(jìn)所記錄數(shù)據(jù)的變換的最佳化多頻率電 磁信號(hào)和一種通過(guò)選擇控制信號(hào)發(fā)生的一些參數(shù)而獲得像這種最佳化 信號(hào)的方法。候選多頻率信號(hào)類(lèi)型包含方波。方波含有全部奇數(shù)倍的一次諧波 頻率。然而，對(duì)于一些方波來(lái)說(shuō)，n次諧波頻率的幅度與n"成正比， 而沿著特定通路的衰減一般與111/2成正比。所以對(duì)于一些較高諧波頻 率來(lái)說(shuō)，在接收機(jī)上的信噪比是比較低的，導(dǎo)致由記錄數(shù)據(jù)反演變換 引起的品質(zhì)降低。用 一種替換方法，天線(xiàn)電流周期性序列的短脈沖可以用來(lái)產(chǎn)生信 號(hào)，在所發(fā)射的信號(hào)中形成最多到大約1/脈沖寬度個(gè)諧波，每個(gè)諧波 頻率是等幅度的。然而，輸入到天線(xiàn)通常是被限制在一個(gè)特定值Imax 的電流，導(dǎo)致在像這樣信號(hào)的一些諧波中的低功率。
大家知道為產(chǎn)生在海床記錄領(lǐng)域內(nèi)使用包括二、三個(gè)高而又等幅 度的理想頻率的電磁信號(hào)所要求的信號(hào)發(fā)生參數(shù)。然而如上所述，在 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間信號(hào)衰減程度是與頻率有關(guān)的，因此對(duì)信號(hào)中的 某些部分來(lái)說(shuō)，導(dǎo)致在接收機(jī)上低的信噪比。進(jìn)一步在已知的一些實(shí)施例中，大部分時(shí)間發(fā)射天線(xiàn)電流的絕對(duì)值大體上引用小于Im的一些 數(shù)值，因而總發(fā)射功率和轉(zhuǎn)換到理想頻率組的功率小于能夠從最佳信 號(hào)獲得的功率。為了改進(jìn)信號(hào)范圍和所記錄數(shù)據(jù)的變換，現(xiàn)在提出，對(duì)最佳化信 號(hào)來(lái)說(shuō)，在理想頻率上發(fā)射的功率應(yīng)該在接收機(jī)處于最大范圍時(shí)使理 想頻率的幅率比率大體上是相等的。最好是，使在接收機(jī)上的總信噪 比增至最大限度，以便在任何給定的波段內(nèi)改進(jìn)所記錄的數(shù)據(jù)的品質(zhì)。 所以，在海床記錄領(lǐng)域內(nèi)可以采用的在本發(fā)明范圍內(nèi)的最佳化信號(hào)是 在接收機(jī)處于最大范圍時(shí)在接收機(jī)上一些理想頻率的幅度比率大體上 相等、使輸送到發(fā)射天線(xiàn)的總功率增至最大限度和使用于一些理想頻 率的功率比例增至最大限度的一種信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，提供一種由天線(xiàn)發(fā)射的最佳化多頻率電磁信號(hào)，這 種信號(hào)這樣包括最佳化幅度比率的二個(gè)或更多個(gè)理想諧波頻率，以致 接收各個(gè)頻率的大體上相同幅度比率，當(dāng)接收機(jī)處于最大范圍時(shí)，在 理想諧波頻率中的總功率占可輸送到發(fā)射天線(xiàn)的極大化功率中最大化 的比例。可選擇的是，本發(fā)明可以具有的特征在于天線(xiàn)電流只采用數(shù)值 ±Imax，以使輸送到發(fā)射天線(xiàn)的總功率增至最大限度。這就導(dǎo)致較長(zhǎng)的 信號(hào)波段?？蛇x擇的是，本發(fā)明可以具有的進(jìn)一步特征在于二個(gè)或更多個(gè)理 想頻率是一些單頻率全諧波，而且在于為筒化信號(hào)合成，信號(hào)是隨著 一次諧波的周期在時(shí)間上周期發(fā)生的。可選擇的是，本發(fā)明可以具有的進(jìn)一步特征在于在發(fā)射天線(xiàn)能夠 發(fā)射出圓形極化旋轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)，理想的諧波頻率是全奇次諧波，以保證各 個(gè)理想的諧波頻率的極化。
可選擇的是，本發(fā)明可以具有的進(jìn)一步特征在于這種信號(hào)包括最 佳化幅度比率的三個(gè)或更多個(gè)理想的諧波頻率。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種產(chǎn)生最佳化多頻率電磁信號(hào)的 方法，這種方法包括獲得用發(fā)射機(jī)一接收機(jī)偏差和模型化信號(hào)特性來(lái) 確定可選擇適合于在地點(diǎn)記錄的一組理想的諧波頻率和對(duì)這些理想的諧波頻適用的幅度比率的一些最優(yōu)化信號(hào)發(fā)生參數(shù)；以及根據(jù)一些最 優(yōu)化信號(hào)發(fā)生參數(shù)用發(fā)射機(jī)來(lái)產(chǎn)生信號(hào)。信號(hào)發(fā)生參數(shù)可以包括電流方向轉(zhuǎn)換次數(shù)(switch times )、信號(hào) 周期和每個(gè)周期的電流方向轉(zhuǎn)換次數(shù)數(shù)目。通過(guò)將在初始參數(shù)下工作 的天線(xiàn)產(chǎn)生的信號(hào)與理想的最佳化信號(hào)比較來(lái)迭代改進(jìn)的一組初始標(biāo) 準(zhǔn)參數(shù)組可以獲得所述參數(shù)數(shù)值。初始標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的選擇取決于地點(diǎn)和 所要求信號(hào)的特性而且在一些特定情況下在獲得參數(shù)的完全的解組以 前可能得試用不同的選擇。這種方法可以含有二步操作，其中第一步包括在發(fā)射系統(tǒng)的工作 范圍內(nèi)選擇初始的一組轉(zhuǎn)換次數(shù)(switching times )和其他一些參數(shù)，最佳幅度比率的試用^號(hào),、以及第二步包括^通過(guò)調(diào)^信號(hào)發(fā)生參數(shù) 而保持理想頻率的幅度比率時(shí)增加總信號(hào)功率，以獲得在發(fā)射系統(tǒng)的 操作限度內(nèi)具有用于最高理想頻率的最大可能的幅度的試用信號(hào)。可選擇的是，本發(fā)明方法可以進(jìn)一步包括，采用一些或者所有已 知地點(diǎn)參數(shù)而且結(jié)合含發(fā)射機(jī)一 接收機(jī)偏差(程度) (transmitter-receiver offset length )和模型化信號(hào)特性的信息來(lái)模擬 通過(guò)海床記錄要調(diào)查的地點(diǎn)，以確定一組可選擇適合于在地點(diǎn)記錄的 理想信號(hào)頻率和對(duì)這些理想的諧波頻率適用的幅度比率。本發(fā)明也推廣到為了通過(guò)海床記錄方法獲得數(shù)據(jù)而使用最佳化或 者大體上最佳化的多頻率電磁信號(hào)，以便測(cè)定含有碳?xì)寤衔锘蛩?蓄積的存在和/或天然本質(zhì)。本發(fā)明也推廣到從使用用于海床記錄方法的最佳化多頻率電磁信 號(hào)中獲得的數(shù)據(jù)和結(jié)果。在其他一些不涉及海上受控源電磁測(cè)深的領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用具有使用所 描述的最佳化方法獲得的這些特點(diǎn)的一些信號(hào)可能是所希望的。現(xiàn)在描述用于獲得最佳信號(hào)發(fā)生參數(shù)的方法。天線(xiàn)電流函數(shù)(I) t應(yīng)具有性能(U) /(,+r) = /(《)， 一)卜real式中Imax是最大電流值。我們用點(diǎn)tm， m=l ， 2，…，2N-1 ，把間距0St《27i分成2N個(gè)部分，而且確定w f(-l廣J咖fo" —,"化"'2) 胸' l Oelse~ =0 , -w+2w -'fli , d《《m對(duì)稱(chēng)性考慮表明我們可以要求tm滿(mǎn)足(1.3) =r-/m， m-l，2，…，AT并且仍然獲得最佳性能。在這樣的情況下，完全由tn的開(kāi)始N個(gè)數(shù)值來(lái)確定信號(hào)，而且我們有j， 2 r=IXsin"" i iJ"/(《).sin"" (1.4) ",4:2，h > 0 , f0 = 0.f = (-1) . ~. sin "/m 先 "in是全實(shí)數(shù)值的，而且我們有|>2=2/二。我們希望所挑選的in組1inr=i。nr， r=l， 2，…，N，在其絕對(duì)值盡可能大時(shí)成規(guī)定的比率。i 不 可以任意選擇，由于我們必須有ix《所以我們進(jìn)行變換(1.6) 、卄"0 * , r = l，2，.."AT, 0<iT<2式中K待確定。當(dāng)給定i。時(shí)，有一個(gè)K的最大值，超過(guò)K的最大值就無(wú)解。可以表明，對(duì)于足夠小的K值來(lái)說(shuō)，解始終存在。用試湊法可以找到適合起始K值。然后，選擇起始tn值。這種選 擇或多或少是任意性的，而且可能在一些特定情況中還得試用一些不 同選擇。在計(jì)算L以后，用在(1.4)中的梯度關(guān)系式來(lái)求出應(yīng)該怎樣 改變tn以便使in較接近其理想值。我們解方程式(1.7) i:》'久-v、，r-i,2，…，w求Atm，而且選擇新的tm,因此設(shè)定式中選擇常數(shù)OKl以便確保收斂。這個(gè)過(guò)程很快收斂，或者這個(gè)過(guò)程 很快發(fā)散，如果K和/或tn選得不好。求出用于選擇K值的解時(shí)，我們希望使K盡可能大，同時(shí)保持諧波常數(shù)的比率。所以我們重復(fù)具有較大K值的過(guò)程，而且一直延續(xù)到收斂為止。K和tm的極限值確定一個(gè)最佳信號(hào)。實(shí)施例，使tm， tm"Mm/T歸一化時(shí)，我們?cè)O(shè)定i01=0.118 i02=0.259 i04=1.000 K=1.000 ot=0.5 我們選擇起始值 t產(chǎn)0.886 t2=1.770 t4=2.656使一些"t"最佳化，我們得出一些數(shù)值 t產(chǎn)1.057 t2=1.755 t4=2.446定義為用于所希望的一些諧波的總功率百分率的效率是54%.在收斂
的測(cè)試時(shí)，我們求出K的最大值為1.187。對(duì)于這個(gè)數(shù)值，我們得出t產(chǎn)0.949t2=1.527t4=2.274 效率為76%，而諧波的比率為 .1175i2/i4=0.2599 在

圖1中表示最佳信號(hào)的形狀。tn的最佳值不是單值的。循環(huán)置換"t"而沒(méi)有改變信號(hào)形狀，僅 引起時(shí)間上的平移，但是沒(méi)有引起各個(gè)諧波的功率變化。并且，"t"的順序顛倒對(duì)諧波功率沒(méi)有影響。事實(shí)上，如果S(t)是最佳信號(hào)；則對(duì)任何T值來(lái)說(shuō)，±S (士灶T)也是最佳信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種由天線(xiàn)發(fā)射的最佳化多頻率電磁信號(hào)，該信號(hào)包括最佳化幅度比率的二個(gè)或更多個(gè)理想諧波頻率，使得在接收機(jī)上接收各個(gè)頻率的大體上相同幅度比率，當(dāng)接收機(jī)處于最大范圍時(shí)，在理想諧波頻率中的總功率占可輸送到發(fā)射天線(xiàn)的極大化功率中最大化比例。
2，如權(quán)利要求1所述的最佳化多頻率信號(hào)，其特征在于天線(xiàn)電流只釆用數(shù)值土lM，以使輸送到發(fā)射天線(xiàn)的總功增至最大化，這產(chǎn)生較長(zhǎng)的信號(hào)波段。
3. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的最佳化多頻率信號(hào)，其特征 在于二個(gè)或更多個(gè)理想頻率是一個(gè)頻率的全諧波，而且為簡(jiǎn)化信號(hào)合成，信號(hào)是隨著一次諧波的周期呈時(shí)間周期的。
4. 如任何前面權(quán)利要求所述的最佳化多頻率信號(hào)，其特征在于在 發(fā)射天線(xiàn)能夠發(fā)射出圓形極化旋轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)理想的諧波頻率是全部奇次諧 波，以保證各個(gè)理想的諧波頻率的極化。
5. 如任何前面權(quán)利要求所述的最佳化多頻率信號(hào)，其特征在于該 信號(hào)包括最佳化幅度比率的三個(gè)或更多個(gè)理想的諧波頻率。
6. —種產(chǎn)生最佳化多頻率電磁信號(hào)的方法，該方法包括使用發(fā)射 機(jī)_接收機(jī)偏差和模型化信號(hào)特性來(lái)確定最適合于在地點(diǎn)記錄的一組 理想的諧波頻率和對(duì)這些理想的諧波頻率適用的幅度比率，獲得最佳化信號(hào)發(fā)生參數(shù)；以及根據(jù)最佳化信號(hào)發(fā)生參數(shù)用發(fā)射機(jī)來(lái)產(chǎn)生信號(hào)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于該方法包括采用已知地點(diǎn) 參數(shù)而且結(jié)合含發(fā)射機(jī)一接收機(jī)偏差和模型化信號(hào)特性的信息來(lái)模型 化通過(guò)海床記錄要調(diào)查的地點(diǎn)，以確定一組最適合于在地點(diǎn)記錄的理 想信號(hào)頻率和對(duì)這些理想的諧波頻率適用的幅度比率。
8. 為了用海床記錄的方法獲取數(shù)據(jù)，釆用如權(quán)利要求1到5中任 何一項(xiàng)所述的大體上最佳化的頻率電磁信號(hào)，以便測(cè)定含有碳?xì)寤?物或水的蓄積的存在和/或天然本質(zhì)。
9. 從應(yīng)用如權(quán)利要求1到5中的任何權(quán)利要求所述、用于海床記 錄方法的一種最佳化多頻率電磁信號(hào)中獲得的數(shù)據(jù)和結(jié)果。
全文摘要
在海床記錄的領(lǐng)域內(nèi)可以使用的多頻率電磁信號(hào)、為了在特定的地點(diǎn)上使用而使這種信號(hào)最佳化、和一種用于產(chǎn)生最佳多頻率信號(hào)的方法。
文檔編號(hào)G01V3/30GK101133345SQ200680007123
公開(kāi)日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2006年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月1日
發(fā)明者托爾·肖-派特-特爾森 申請(qǐng)人:電磁地形服務(wù)公司