CN109633736B - 一种弹性波相控发射逆合成接收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的弹性波相控发射逆合成接收方法，属于地质勘探领域，包括发射部分和接收部分，发射部分包括槽波分析仪、固态放大器、功分模块、多个发射路程控移相器和多个弹性波发射天线，接收部分包括多个弹性波接收天线、多个接收路程控移相器和矢量模块。该方法利用相控发射技术将经过预加重和功分处理的单脉冲调制载波发射信号由弹性波发射天线转为包含探测信息的弹性波耦合到目标地层信道中进行传输；利用逆合成接收技术，将经过大地传播和各个交界面反射以后不同路径的弹性波，利用弹性波接收天线进行接收，融合多个槽波回波信号的参数，合成地质构造对不同频率槽波信号的调制函数，从而提高槽波分析的精度，获得较高的地质构造探测分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及地质勘探领域，具体涉及一种弹性波相控发射逆合成接收方法。
背景技术
目前人类对于地球深部的认知相当匮乏，因此，超前布局、抢占深地研究高地、积极推动深地基础前沿大科学问题探索已迫在眉睫。随着勘探技术的不断发展，各种勘探方法营运而生，其中槽波地震勘探技术主要利用在井下煤层中的激发和传播的导波来有效探测煤层中存在的局部小构造、异常体及煤层厚度变化情况，能够有效指导煤田井下煤炭开采工作，对安全开采具有非常重要的意义。受地层强吸收衰减的影响，槽波的主要能量均集中在低频段，现有槽波分析仪的发射载波频率集中在0.01Hz-10KHz。要想获得较高的地质构造探测分辨率，只利用载波信号的频率信息是不够的；分析槽波特性时，需要获得槽波相位的精确信息，基于单脉冲调制的载波发射信号无法满足实际需要，对于复杂地质构造进行勘探，精度较低。
发明内容
针对现有的单脉冲调制的载波发射信号不能满足槽波分析的要求，本发明提供了一种弹性波相控发射逆合成接收方法。
本发明采用以下的技术方案：
一种弹性波相控发射逆合成接收方法，包括发射部分和接收部分，发射部分包括槽波分析仪、固态放大器、功分模块、多个发射路程控移相器和多个弹性波发射天线，接收部分包括多个弹性波接收天线、多个接收路程控移相器和矢量模块；
该方法包括以下步骤：
步骤1：槽波分析仪发射脉冲调制载波发射信号，脉冲调制载波发射信号送至固态放大器，固态放大器对脉冲调制载波发射信号进行放大后送入功分模块，功分模块将脉冲调制载波发射信号进行等功率分配，输出多路发射信号，每路发射信号送入一个发射路程控移相器，每个发射路程控移相器与一个弹性波发射天线相连；
步骤2：发射路程控移相器对发射信号进行相位数控调节，之后，送入弹性波发射天线，弹性波发射天线发射探测信号至目标地层；
步骤3：弹性波接收天线接收来自目标地层的弹性波回波，每个弹性波接收天线与一个接收路程控移相器相连，接收路程控移相器与矢量模块相连；
步骤4：接收路程控移相器对弹性波回波进行相位数控调节，之后，送入矢量模块，在矢量模块内，将多个弹性波回波信号的参数进行融合，合成地质构造对不同频率槽波信号的调制函数送入槽波分析仪进行分析。
优选地，步骤1中，槽波分析仪发射的脉冲调制载波发射信号进行预加重处理，预加重处理为依据目标地层槽波衰减特性先验知识，增加可能被强衰减的频率分量的发射功率。
优选地，接收部分还包括多个低噪放大器和多个选频滤波器，接收路程控移相器对弹性波回波进行相位数控调节后，弹性波回波先送入低噪放大器处理后，再进入选频滤波器，自选频滤波器处理后的弹性波回波送入矢量模块。
本发明具有的有益效果是：
本发明提供的弹性波相控发射逆合成接收方法，利用相控发射技术将经过预加重和功分处理的一组单脉冲调制载波发射信号由弹性波发射天线转为包含一定探测信息的弹性波耦合到目标地层信道中进行传输；利用逆合成接收技术，将一系列经过大地传播和各个交界面反射以后不同路径的弹性波，利用弹性波接收天线进行接收，融合多个槽波回波信号的参数，合成地质构造对不同频率槽波信号的调制函数，从而提高槽波分析的精度，获得较高的地质构造探测分辨率。
附图说明
图1为发射部分的结构框图。
图2为接收部分的结构框图。
图3为波速指向移相控制原理图。
图4为相控阵工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
结合图1至图4，一种弹性波相控发射逆合成接收方法，包括发射部分和接收部分，发射部分包括槽波分析仪、固态放大器、功分模块、多个发射路程控移相器和多个弹性波发射天线，接收部分包括多个弹性波接收天线、多个接收路程控移相器和矢量模块。
该方法包括以下步骤：
步骤1：槽波分析仪发射脉冲调制载波发射信号，脉冲调制载波发射信号送至固态放大器，固态放大器对脉冲调制载波发射信号进行放大后送入功分模块，功分模块将脉冲调制载波发射信号进行等功率分配，输出多路发射信号，每路发射信号送入一个发射路程控移相器，每个发射路程控移相器与一个弹性波发射天线相连。
槽波分析仪发射的脉冲调制载波发射信号要先进行预加重处理。
考虑到不同频率的弹性波在地层中传播时，其衰减特性随地层岩性的变化而剧烈变化。脉冲调制载波发射信号的不同频率分量在地层中传播后，回波中的各频率分量能量损耗往往差异很大。为了补偿不同地域地层的槽波衰减特性对回波信号的影响，提高接收灵敏度，在产生发射信号时，采用预加重处理技术，依据目标地层槽波衰减特性先验知识，增加可能被强衰减的频率分量的发射功率。
为了保证发射信号的等幅等相，采用一部总前级固态放大器和功分模块对脉冲调制载波发射信号进行处理。
步骤2：发射路程控移相器对发射信号进行相位数控调节，之后，送入弹性波发射天线，弹性波发射天线发射探测信号至目标地层。
发射路程控移相器进行相位调节的作用是：使得弹性波发射天线发出的波束的相位不同，基于惠更斯耳原理通过控制各弹性波发射天线发射的时间差，从而发射机能像转动的天线一样实现波束不同指向的传播，达到一个对地层不同方位快速扫描的效果。
步骤3：弹性波接收天线接收来自目标地层的弹性波回波，每个弹性波接收天线与一个接收路程控移相器相连,每个弹性波接收天线接收不同相位发射信号的回波。接收路程控移相器与矢量模块相连。
步骤4：接收路程控移相器对弹性波回波进行相位数控调节，之后，送入矢量模块，在矢量模块内，将多个弹性波回波信号的参数进行融合，合成地质构造对不同频率槽波信号的调制函数送入槽波分析仪进行分析。
具体的，接收部分还包括多个低噪放大器和多个选频滤波器，接收路程控移相器对弹性波回波进行相位数控调节后，弹性波回波先送入低噪放大器处理后，再进入选频滤波器，自选频滤波器处理后的弹性波回波送入矢量模块。
如图3和图4所示，本发明的天线采用线性相控天线，天线阵有N个子发射(接收)阵元r0,r1,r2,…,rN-1,rN,阵元间的距离为d。为使信号波束指向θ(波束偏离阵面法向的角度)，只需要形成图3所示的平直等相位面，即各阵元的辐射信号到达此平面时相位相同。相位控制波速指向时，各阵元辐射信号同时发出，但信号相位不同。相邻子发射单元之间相位差与波束指向关系为：
式中，d为阵元间距，θ为波束指向，λ为信号波长；ΔΦ为相邻阵元馈相差。
这样就可以达到上述所说的合成不同相位(指向)的波束，实现波束不同指向的传播，达到一个对地层不同方位快速扫描的效果。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种弹性波相控发射逆合成接收方法，其特征在于，包括发射部分和接收部分，发射部分包括槽波分析仪、固态放大器、功分模块、多个发射路程控移相器和多个弹性波发射天线，接收部分包括多个弹性波接收天线、多个接收路程控移相器和矢量模块；
该方法包括以下步骤：
步骤1：槽波分析仪发射脉冲调制载波发射信号，脉冲调制载波发射信号送至固态放大器，固态放大器对脉冲调制载波发射信号进行放大后送入功分模块，功分模块将脉冲调制载波发射信号进行等功率分配，输出多路发射信号，每路发射信号送入一个发射路程控移相器，每个发射路程控移相器与一个弹性波发射天线相连；
步骤2：发射路程控移相器对发射信号进行相位数控调节，之后，送入弹性波发射天线，弹性波发射天线发射探测信号至目标地层；
步骤3：弹性波接收天线接收来自目标地层的弹性波回波，每个弹性波接收天线与一个接收路程控移相器相连，接收路程控移相器与矢量模块相连；
步骤4：接收路程控移相器对弹性波回波进行相位数控调节，之后，送入矢量模块，在矢量模块内，将多个弹性波回波信号的参数进行融合，合成地质构造对不同频率槽波信号的调制函数送入槽波分析仪进行分析。
2.根据权利要求1所述的一种弹性波相控发射逆合成接收方法，其特征在于，步骤1中，槽波分析仪发射的脉冲调制载波发射信号进行预加重处理，预加重处理为依据目标地层槽波衰减特性先验知识，增加可能被强衰减的频率分量的发射功率。
3.根据权利要求1所述的一种弹性波相控发射逆合成接收方法，其特征在于，接收部分还包括多个低噪放大器和多个选频滤波器，接收路程控移相器对弹性波回波进行相位数控调节后，弹性波回波先送入低噪放大器处理后，再进入选频滤波器，自选频滤波器处理后的弹性波回波送入矢量模块。
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