偽隨機(jī)擴(kuò)頻電磁波層析成像儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及井間或坑道之間的層析成像系統(tǒng)，具體地指一種偽隨機(jī)擴(kuò)頻電磁 波層析成像儀及實(shí)現(xiàn)成像的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，地球物理層析成像技術(shù)所面臨的最大技術(shù)難題是穿透距離不夠和探測(cè)距 離與分辨率相互矛盾的問(wèn)題。地球物理層析成像大致分為兩大類，即電磁波層析成像和 彈性波層析成像，電磁波層析成像有井間電磁成像和吸收系數(shù)成像兩種，前者工作頻率為 10化一lOKHz，成像參數(shù)為地層電阻率。目前該方法主要用于油氣藏勘探，在非金屬套管井 中，其透距可達(dá)400m - 500m，典型儀器W美國(guó)XHB2000型EM成像測(cè)量系統(tǒng)為代表；后者工 作頻率為0. IMHz - 35MHz，成像參數(shù)為地層對(duì)電磁波的吸收系數(shù)，典型儀器有國(guó)產(chǎn)JW - 4、 JW - 5型地下電磁波儀和WKT - 6型電磁波坑道透視儀等，該儀器主要用于城市建設(shè)、公路 鐵路、水利水電等工程勘察W及煤田和金屬礦勘探等，其透距可達(dá)100m - 200m。有報(bào)道稱： 電磁波CT在發(fā)射頻率為0. 3兆時(shí)，在完整的灰?guī)r中的最大穿透距離是500m，但其工程實(shí)例 極為少見。
[0003] 在工程勘察方面，通常利用一臺(tái)國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口 24道（12道或48道都有采用）地震 儀配上雷管、炸藥或電火花震源和一系列井中檢波器就可W開展地震層析成像工作。在石 油行業(yè)，首先要考慮井中高溫高壓?jiǎn)栴}及其它問(wèn)題，必須采用專用設(shè)備。加之石油勘探的層 析成像還設(shè)及大透距問(wèn)題，現(xiàn)有的電磁波和彈性波層析成像技術(shù)難有作為。因此，石油行業(yè) 主要使用地表地震勘探方法。
[0004] 從目前技術(shù)研究來(lái)看，地球物理層析成像技術(shù)主要存在大透距及其高分辨率探測(cè) 的問(wèn)題，而地球物理層析成像技術(shù)的分辨率受兩方面因素的制約：一是發(fā)射信號(hào)的頻率； 二是射線的密度，亦即成像網(wǎng)格的大小。在上述目前常用電磁波層析成像儀的工作頻率條 件下，分辨率較低，而前現(xiàn)有的技術(shù)還不能很好地解決W上問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供 一種偽隨機(jī)擴(kuò)頻電磁波層析成像儀，本實(shí)用新型能夠在發(fā)射能量、工作頻率及探測(cè)對(duì)象等 條件基本相同的情況下，采用偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻技術(shù)既可使系統(tǒng)具有良好的抗干擾性，又能在 一定程度上提升探測(cè)的穿透距離。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的采用的技術(shù)方案是一種偽隨機(jī)擴(kuò)頻電磁波層析成像儀，該成 像儀包括：
[0007] 地面主機(jī)，包括數(shù)據(jù)處理器，所述數(shù)據(jù)處理器包括同步控制器、第一偽隨機(jī)序列產(chǎn) 生器、解調(diào)器、信號(hào)相關(guān)器和信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)器，所述解調(diào)器、信號(hào)相關(guān)器和信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)器 依次電信號(hào)連接，所述第一偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器分別與同步控制器和信號(hào)相關(guān)器連接；
[000引第一電纜絞車，設(shè)于發(fā)射鉆孔附近；
[0009] 第一井口滑輪，設(shè)于所述發(fā)射鉆孔位于地面的井口邊上；
[0010] 第一電纜，繞于所述第一電纜絞車中，所述第一電纜的一端與所述主機(jī)連接，另一 端通過(guò)所述第一井口滑輪置于所述發(fā)射鉆孔內(nèi)；
[0011] 第二電纜絞車，設(shè)于接收鉆孔附近；
[0012] 第二井口滑輪，設(shè)于所述接收鉆孔位于地面的井口邊上；
[0013] 第二電纜，繞于所述第二電纜絞車中，所述第二電纜的一端與所述主機(jī)連接，另一 端通過(guò)所述第二井口滑輪置于所述接收鉆孔內(nèi)；
[0014] 發(fā)射裝置，設(shè)于所述第一電纜位于發(fā)射鉆孔內(nèi)的一端上，所述發(fā)射裝置包括依次 電信號(hào)連接的第二偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器、調(diào)制器、功率放大器和信號(hào)發(fā)射天線；
[0015] 接收裝置，設(shè)于所述第二電纜位于接收鉆孔內(nèi)的一端上，所述接收裝置包括依次 電信號(hào)連接的信號(hào)接收天線、低噪聲放大器、混頻器、中頻放大器。
[0016] 進(jìn)一步地，所述偽隨機(jī)擴(kuò)頻電磁波層析成像儀還包括依次電信號(hào)連接的A/D轉(zhuǎn)換 器、FIFO存儲(chǔ)器、DMA控制器、RAM和SD卡，所述A/D轉(zhuǎn)換器分別與中頻放大器和數(shù)據(jù)處理 器連接，所述RAM和SD卡分別與數(shù)據(jù)處理器連接。
[0017] 在上述技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)處理器還連接有人機(jī)界面。
[0018] 本實(shí)用新型能夠在發(fā)射能量、工作頻率及探測(cè)對(duì)象等條件基本相同的情況下，采 用偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻方式發(fā)射電磁波，提高接收信號(hào)的信噪比，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而加 大穿透距離，達(dá)到精確反演地下介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的目的，可廣泛應(yīng)用于深部找礦及工程地質(zhì)、 水文地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害防治等各勘探行業(yè)。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本實(shí)用新型偽隨機(jī)擴(kuò)頻電磁波層析成像儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2為本實(shí)用新型偽隨機(jī)擴(kuò)頻電磁波層析成像儀中各部件的連接關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0022] 如圖1所示，本實(shí)用新型偽隨機(jī)擴(kuò)頻電磁波層析成像儀包括設(shè)于地面的主機(jī)1，主 機(jī)1包括數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器包括同步控制器、第一偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器、解調(diào)器、信號(hào) 相關(guān)器、信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)器。其中，解調(diào)器、信號(hào)相關(guān)器和信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)器依次電信號(hào)連接，第 一偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器分別與同步控制器和信號(hào)相關(guān)器連接。本實(shí)施例所用數(shù)據(jù)處理器為 DSP，DSP還連接有人機(jī)界面。
[0023] 本實(shí)用新型還包括第一電纜絞車3、第一井口滑輪4、第一電纜2, W及第二電纜絞 車6、第二井口滑輪7和第二電纜8,其中，第一電纜絞車3設(shè)于發(fā)射鉆孔10位于地面的井 口附近；第一井口滑輪3設(shè)于發(fā)射鉆孔10位于地面的井口邊上；第一電纜2繞于第一電纜 絞車3上，第一電纜2的一端2. 1與主機(jī)1連接，另一端2. 2通過(guò)第一井口滑輪3置于發(fā)射 鉆孔10內(nèi)，第一電纜2位于發(fā)射鉆孔11內(nèi)的另一端2. 2上設(shè)有發(fā)射裝置5,發(fā)射裝置5包 括依次電信號(hào)連接的偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器、調(diào)制器、功率放大器和信號(hào)發(fā)射天線。第二電纜絞 車7設(shè)于接收鉆孔11位于地面的井口附近；第二井口滑輪7設(shè)于接收鉆孔11位于地面的 井口邊上；第二電纜8繞于第二電纜絞車6上，第二電纜8的一端8. 1與主機(jī)1連接，另一 端8. 2通過(guò)第二井口滑輪7置于接收鉆孔11內(nèi)，第二電纜8位于接收鉆孔11內(nèi)的另一端 8. 2上設(shè)有接收裝置9,接收裝置9包括依次電信號(hào)連接的信號(hào)接收天線、低噪聲放大器、混 頻器、中頻放大器。
[0024] 本實(shí)用新型通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)第一井口滑輪3,從而拉動(dòng)第一電纜2,第一電纜2帶動(dòng)發(fā)射 裝置5在發(fā)射鉆孔10內(nèi)上下自由移動(dòng)；同理，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)第二井口滑輪7,從而拉動(dòng)第二電纜 8,第二電纜8帶動(dòng)接收裝置9在發(fā)射鉆孔11內(nèi)上下自由移動(dòng)。
[0025] 所述整個(gè)系統(tǒng)裝置由主機(jī)1控制同步控制器通過(guò)第一電纜2和第二電纜8發(fā)送同 步命令，進(jìn)行同步控制。
[0026] 本實(shí)用新型偽隨機(jī)擴(kuò)頻電磁波層析成像儀的工作過(guò)程如下：
[0027] 由地面主機(jī)1控制產(chǎn)生的偽隨機(jī)信號(hào)經(jīng)過(guò)電纜送到發(fā)射鉆孔10中發(fā)射裝置5中， 經(jīng)過(guò)調(diào)制器和功率放大器后，由發(fā)射天線將偽隨機(jī)電磁波信號(hào)福射到地層中。在接收鉆孔 11中，由接收天線9將地層中的電磁波信號(hào)接收，由采樣系統(tǒng)采樣保持，經(jīng)電纜輸送到地面 主機(jī)1中，進(jìn)行解擴(kuò)處理，得到電磁波強(qiáng)度估計(jì)值，通過(guò)CT成像軟件進(jìn)行成像處理。發(fā)射鉆 孔10和接收鉆孔11兩孔中的工作由地面主機(jī)1實(shí)行同步控制。
[002引本實(shí)用新型中，偽隨機(jī)序列選取如下：
[0029] 利用偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻技術(shù)提高接收信號(hào)的信噪比，與偽隨機(jī)序列的碼長(zhǎng)相關(guān)。一般 情況下，偽隨機(jī)序列長(zhǎng)，接收信號(hào)的信噪比高，但測(cè)試速度降低。偽隨機(jī)碼序列的選取可根 據(jù)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)強(qiáng)度選取合適的碼序列。
[0030] 調(diào)制方式與調(diào)制：
[0031] 偽隨機(jī)擴(kuò)頻電磁波層析成像儀直接W偽隨機(jī)序列作為基帶信號(hào)，對(duì)載波進(jìn)行2PSK 調(diào)制。
[0032] 本實(shí)用新型所用調(diào)制解調(diào)與相關(guān)器算法如下：
[0033] 接收天線收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪聲放大器（LNA)放大，進(jìn)入混頻器，生成中屯、頻率 為f。的中頻信號(hào)，然后由中頻放大器進(jìn)行選頻放大，該信號(hào)通過(guò)高速AD進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后存 入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM)。信號(hào)的解調(diào)與相關(guān)器由DSP通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。
[0034] 設(shè)中頻信號(hào)為
[0035]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種偽隨機(jī)擴(kuò)頻電磁波層析成像儀，其特征在于，包括： 地面主機(jī)，包括數(shù)據(jù)處理器，所述數(shù)據(jù)處理器包括同步控制器、第一偽隨機(jī)序列產(chǎn)生 器、解調(diào)器、信號(hào)相關(guān)器和信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)器，所述解調(diào)器、信號(hào)相關(guān)器和信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)器依 次電信號(hào)連接，所述第一偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器分別與同步控制器和信號(hào)相關(guān)器連接； 第一電纜絞車，設(shè)于發(fā)射鉆孔附近； 第一井口滑輪，設(shè)于所述發(fā)射鉆孔位于地面的井口邊上； 第一電纜，繞于所述第一電纜絞車中，所述第一電纜的一端與所述主機(jī)連接，另一端通 過(guò)所述第一井口滑輪置于所述發(fā)射鉆孔內(nèi)； 第二電纜絞車，設(shè)于接收鉆孔附近； 第二井口滑輪，設(shè)于所述接收鉆孔位于地面的井口邊上； 第二電纜，繞于所述第二電纜絞車中，所述第二電纜的一端與所述主機(jī)連接，另一端通 過(guò)所述第二井口滑輪置于所述接收鉆孔內(nèi)； 發(fā)射裝置，設(shè)于所述第一電纜位于發(fā)射鉆孔內(nèi)的一端上，所述發(fā)射裝置包括依次電信 號(hào)連接的第二偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器、調(diào)制器、功率放大器和信號(hào)發(fā)射天線； 接收裝置，設(shè)于所述第二電纜位于接收鉆孔內(nèi)的一端上，所述接收裝置包括依次電信 號(hào)連接的信號(hào)接收天線、低噪聲放大器、混頻器、中頻放大器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽隨機(jī)擴(kuò)頻電磁波層析成像儀，其特征在于還包括依次電信 號(hào)連接的A/D轉(zhuǎn)換器、FIFO存儲(chǔ)器、DMA控制器、RAM和SD卡，所述A/D轉(zhuǎn)換器分別與中頻 放大器和數(shù)據(jù)處理器連接，所述RAM和SD卡分別與數(shù)據(jù)處理器連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偽隨機(jī)擴(kuò)頻電磁波層析成像儀，其特征在于；所述數(shù)據(jù)處理 器還連接有人機(jī)界面。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種偽隨機(jī)擴(kuò)頻電磁波層析成像儀，該成像儀包括依次連接的偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器、調(diào)制器、功率放大器和發(fā)射天線，以及依次連接的信號(hào)接收天線、解調(diào)器、信號(hào)相關(guān)器和信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)器，所述信號(hào)相關(guān)器與所述偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器連接，所述偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器連接有同步控制器，所述同步控制器連接有數(shù)據(jù)處理主機(jī)，所述數(shù)據(jù)處理主機(jī)連接有人機(jī)界面。本實(shí)用新型能夠在發(fā)射能量、工作頻率及探測(cè)對(duì)象等條件基本相同的情況下，采用偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻技術(shù)既可使系統(tǒng)具有良好的抗干擾性，又可在一定程度上提升探測(cè)的穿透距離。
【IPC分類】G01V3-30
【公開號(hào)】CN204287509
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420818232
【發(fā)明人】肖柏勛, 李太全, 劉玉, 曾浩, 金彥
【申請(qǐng)人】武漢市工程科學(xué)技術(shù)研究院
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月22日