RU2408038C1 - Device for geoelectric exploration with improved interference resistance, sensitivity and metering accuracy - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: device includes control (1) unit, Walsh function forming (2) unit, unit (3) for changing the period of modulating pulses, modulators (4), 2ⁿ-input summing unit (5), transducer (6), antenna switch (7), receiver (8), multichannel correlator (9) that includes tapped delay line (10_i), multichannel multiplexer (11_i), multichannel (12_i) low-frequency filter, comparing instrument (13_i) (where i = 1, 2, 3, …, 2ⁿ - quantity of elements of ΔT duration that compile each phase-shift signal with improved autocorrelative properties that is included into sequence group for composite redundant signal), indication (14) unit, unidirectional conduction (15) element, two-digit shift register (16), two-input (17) commutator, subsidiary (18) multiplexer, group (19) multiplexers from 2ⁿ multiplexers, antenna (20).

EFFECT: increase of interference resistance, sensitivity and measuring accuracy at the expense of use of composite redundant signal that consists of a group of phase-shift signals with good autocorrelative properties.

11 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к геофизике, в частности к устройствам для геоэлектроразведки с использованием электромагнитных волн высокой и низкой частот, и предназначено для обнаружения подповерхностных объектов, например газовых и нефтяных залежей, рудных месторождений, в том числе и в районах с высоким уровнем регулярных электрических помех.The invention relates to geophysics, in particular to devices for geoelectrical exploration using electromagnetic waves of high and low frequencies, and is intended to detect subsurface objects, such as gas and oil deposits, ore deposits, including in areas with a high level of regular electrical interference.

Известен способ геоэлектроразведки, который заключается в возбуждении электромагнитного поля в течение заданного времени T в виде последовательности идентичных импульсов с заданной длительностью ΔT каждого импульса, модулированной периодическим сигналом в виде прямоугольной функции, и в корреляционном приеме сигналов, возбуждаемую последовательность формируют как сумму по меньшей мере двух последовательностей L с одинаковой длительностью каждой l-й из L упомянутых последовательностей, сдвинутых относительно начала возбуждения на время (l-1)ΔT соответственно, а в качестве модулирующего сигнала выбирают функцию Уолша, кроме того, принимаемый сигнал коррелируют с каждой из L упомянутых последовательностей, при этом корреляцию осуществляют в базисе функций Уолша, откоррелированные сигналы умножают на модулирующую функцию l-й последовательности, перемножают и суммируют (см. авторское свидетельство №1013888 по заявке №3343720/18-25 от 08.10.81 на изобретение «Способ геоэлектроразведки», опубликованное 23.04.83, кл. G01V 3/12).A known method of geoelectrical exploration, which consists in the excitation of an electromagnetic field for a given time T in the form of a sequence of identical pulses with a given duration ΔT of each pulse modulated by a periodic signal in the form of a rectangular function, and in the correlation reception of signals, the excited sequence is formed as the sum of at least two sequences L with the same duration of each l-th of L mentioned sequences shifted relative to the start of excitation by the volume (l-1) ΔT, respectively, and the Walsh function is chosen as the modulating signal, in addition, the received signal is correlated with each of the L mentioned sequences, while the correlation is carried out in the basis of Walsh functions, the correlated signals are multiplied by the modulating function of the lth sequence , multiply and summarize (see copyright certificate No. 1013888 for application No. 3343720 / 18-25 of 08/10/81 for the invention "Method of geoelectrical exploration", published on 04/23/83, cl. G01V 3/12).

Однако данный способ, использующий сумму по меньшей мере двух последовательностей L с одинаковой длительностью каждой l-й из L упомянутых последовательностей, то есть составной параллельный сигнал, применяет в качестве базисной системы систему функций Уолша, которая обладает плохими автокорреляционными свойствами, приводящими к низким помехоустойчивости, чувствительности и точности измерений для обнаружения подповерхностных объектов, например газовых и нефтяных залежей, рудных месторождений.However, this method, using the sum of at least two L sequences with the same length for each l-th of the L mentioned sequences, that is, a composite parallel signal, uses the Walsh function system as a basic system, which has poor autocorrelation properties, leading to low noise immunity, sensitivity and accuracy of measurements for the detection of subsurface objects, such as gas and oil deposits, ore deposits.

Известен также способ геоэлектроразведки, заключающийся в том, что формируют последовательность радиоимпульсов с заданными периодом, длительностью и формой модулирующего импульса, изменяют частоту несущей от радиоимпульса к радиоимпульсу последовательно по заданному закону, для формирования зондирующего сигнала выполняют фазовую манипуляцию на 180° последовательности радиоимпульсов, принимают отраженный фазоманипулированный сигнал, формируют опорное напряжение со стабильной частотой, перемножают его с отраженным фазоманипулированным сигналом, фильтруют напряжение суммарной частоты, перемножают его с зондирующим фазоманипулированным сигналом, фильтруют напряжение разностной частоты, определяют величину разности фаз между напряжением разностной частоты и опорным напряжением, функцию зависимости величины разности фаз от номера радиоимпульса и ее корреляционные характеристики, по измеренным величинам судят о свойствах геологических тел и вмещающих пород, одновременно производят корреляционную обработку зондирующего и отраженного фазоманипулированных сигналов, по максимальному значению корреляционной функции определяют время задержки отраженного фазоманипулированного сигнала по отношению к зондирующему фазоманипулированному сигналу, по значению времени задержки судят о глубине залегания геологических тел (см. патент Российской Федерации №2044331 по заявке №5032990/25 от 03.03.92 на изобретение «Способ геоэлектроразведки», опубликованный 20.09.95, кл. G01V 3/12).There is also known a method of geoelectrical exploration, which consists in the fact that they form a sequence of radio pulses with a given period, duration and shape of a modulating pulse, change the carrier frequency from a radio pulse to a radio pulse sequentially according to a given law, to generate a probe signal, phase manipulation is performed by 180 ° of the sequence of radio pulses, receive the reflected phase-manipulated signal, form a reference voltage with a stable frequency, multiply it with the reflected phase-manipulation with a given signal, filter the voltage of the total frequency, multiply it with a probing phase-manipulated signal, filter the voltage of the difference frequency, determine the phase difference between the voltage of the difference frequency and the reference voltage, the function of the dependence of the phase difference on the number of the radio pulse and its correlation characteristics, judged by the measured values properties of geological bodies and host rocks, simultaneously produce a correlation processing of the probing and reflected phase-manipulated signals als, the maximum value of the correlation function determined time delay of the reflected signal phase manipulated relative to the probing phase-shift keyed signal by delay value is judged on the depth of geological bodies (see. patent of the Russian Federation No. 2044331 according to the application No. 5032990/25 of 03.03.92 for the invention "Method of geoelectrical exploration", published on 09.20.95, cl. G01V 3/12).

Однако указанный способ, используя зондирующий сигнал, не описывает конкретную структуру зондирующего фазоманипулированного сигнала и его автокорреляционные свойства. При этом зондирующий фазоманипулированный сигнал не является составным параллельным сигналом, что приводит к низким помехоустойчивости, чувствительности и точности измерений для обнаружения подповерхностных объектов, например газовых и нефтяных залежей, рудных месторождений, в том числе и в районах с высоким уровнем регулярных электрических помех.However, this method, using the sounding signal, does not describe the specific structure of the sounding phase-shifted signal and its autocorrelation properties. At the same time, the sounding phase-shifted signal is not a composite parallel signal, which leads to low noise immunity, sensitivity and accuracy of measurements for the detection of subsurface objects, such as gas and oil deposits, ore deposits, including in areas with a high level of regular electrical interference.

Известно устройство для геоэлектроразведки, содержащее блок управления, блок изменения периода следования модулирующих импульсов, передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник, компаратор, состоящий из i элементов (где i - число каналов многоканального коррелятора), блок индикации, многоканальный коррелятор, включающий в себя многоотводную линию задержки, многоканальный перемножитель и многоканальный фильтр нижних частот, блок формирования функций Уолша, нуль-орган, триггер, первый ключ и второй ключ, двухвходовый сумматор, управляемый инвертор, группу из 2ⁿ перемножителей (где 2ⁿ - число фазоманипулированных сигналов с улучшенными автокорреляционными свойствами, входящих в группу последовательностей для составного параллельного сигнала), группу из 2ⁿ модуляторов, 2ⁿ - входовый сумматор, 2^n-1 - разрядный циклический регистр сдвига, причем первый выход блока управления подключен к тактовому входу блока формирования функций Уолша, второй выход блока формирования функций Уолша подключен к входу нуль-органа, выход которого соединен с счетным входом триггера, прямой выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, инверсный выход триггера подключен к управляющему входу второго ключа, выходы первого и второго ключей соединены с входами двухвходового сумматора, выход двухвходового сумматора подключен к информационному входу управляемого инвертора, управляющий вход которого соединен с выходом старшего разряда 2^n-1-разрядного циклического регистра сдвига, сдвигающий вход которого подключен к первому выходу блока управления, (2^n-1-2)-й выход блока формирования функций Уолша подключен к информационному входу первого ключа, (2ⁿ-4)-й выход блока формирования функций Уолша подключен к информационному входу второго ключа, выход управляемого инвертора подключен к первым входам перемножителей группы из 2ⁿ перемножителей, вторые входы i-х перемножителей подключены к i-м выходам блока формирования функций Уолша, выходы i-х перемножителей подключены к первым входам i-х модуляторов группы из 2ⁿ модуляторов, вторые входы модуляторов соединены с выходом блока изменения периода следования модулирующих импульсов, выходы модуляторов подключены к входам 2ⁿ-входового сумматора, выход которого подключен к входу передатчика, второй выход блока управления подключен к входу блока изменения периода следования модулирующих импульсов, вход антенного переключателя подключен к выходу передатчика, первый выход антенного переключателя подключен к антенне, к второму выходу антенного переключателя подключен приемник, к выходу передатчика подключен первый вход многоканального коррелятора, являющийся входом многоотводной линии задержки, второй вход многоканального коррелятора, являющийся одиночным входом многоканального перемножителя, соединен с выходом приемника, i-е выходы многоотводной линии задержки подключены к i-м входам группы входов многоканального перемножителя, i-е выходы многоканального перемножителя подключены к i-м входам многоканального фильтра низких частот, i-е выходы многоканального фильтра низких частот, являющиеся i-ми выходами многоканального коррелятора, подключены к первым входам i-х элементов компаратора и к вторым входам (i-1)-х элементов компаратора, выходы элементов компаратора подключены к входам блока индикации (см. патент Российской Федерации №2366983 по заявке №2008114897/28 от 15.04.2008 на изобретение «Устройство для геоэлектроразведки», опубликованный 10.09.2009, бюл. №25, кл. G01V 3/12).A device for geoelectrical exploration is known, comprising a control unit, a unit for changing the pulse repetition period, a transmitter, an antenna switch, an antenna, a receiver, a comparator consisting of i elements (where i is the number of channels of a multi-channel correlator), an indication unit, a multi-channel correlator, including multi-tap delay line, multi-channel multiplier and multi-channel low-pass filter, Walsh function generation unit, zero-organ, trigger, first key and second key, two-input adder, control a new inverter, a group of 2 ⁿ multipliers (where 2 ⁿ is the number of phase-shifted signals with improved autocorrelation properties included in the group of sequences for a composite parallel signal), a group of 2 ⁿ modulators, 2 ⁿ is an input adder, 2 ^n-1 is a cyclic bit a shift register, and the first output of the control unit is connected to the clock input of the Walsh function generation unit, the second output of the Walsh function formation unit is connected to the input of the zero-organ, the output of which is connected to the counting input of the trigger, direct to turn is connected to the control input of the first switch, inverse latch output is connected to the control input of the second switch, the outputs of the first and second keys are connected to inputs of two-input adder, the two-input adder output is connected to the information input of a controlled inverter, a control input coupled to an output significant bit 2 ^{n -1-} bit cyclic shift register, the shifting input of which is connected to the first output of the control unit, (2 ^n-1 -2) -th output of the Walsh function generation unit is connected to the input input of the first key, the (2 ⁿ -4) -th output of the Walsh function generation unit is connected to the information input of the second key, the output of the controlled inverter is connected to the first inputs of the multipliers of a group of 2 ⁿ multipliers, the second inputs of the i-th multipliers are connected to the i-th the outputs of the unit for generating Walsh functions, the outputs of i-multipliers are connected to the first inputs of i-modulators of a group of 2 ⁿ modulators, the second inputs of modulators are connected to the output of the unit for changing the period of the modulating pulses, the outputs of the modulators are connected are connected to the inputs of 2 ^n- input adders, the output of which is connected to the input of the transmitter, the second output of the control unit is connected to the input of the unit for changing the period of the modulating pulses, the input of the antenna switch is connected to the output of the transmitter, the first output of the antenna switch is connected to the antenna, to the second output of the antenna the receiver is connected to the switch, the first input of the multi-channel correlator, which is the input of the multi-tap delay line, is connected to the output of the transmitter, the second input of the multi-channel correlator is which is a single input of a multichannel multiplier, connected to the output of the receiver, the ith outputs of the multi-tap delay line are connected to the ith inputs of the group of inputs of the multichannel multiplier, the ith outputs of the multichannel multiplier are connected to the ith inputs of the multichannel low-pass filter, ith outputs multi-channel low-pass filter, which are the i-outputs of the multi-channel correlator, are connected to the first inputs of the i-elements of the comparator and to the second inputs of the (i-1) -x elements of the comparator, the outputs of the elements of the comparator are connected to moves the display unit (see. patent of the Russian Federation No. 2366983 according to the application No. 2008114897/28 of 04.15.2008 for the invention "Device for geoelectro-prospecting", published on 10.09.2009, bull. No. 25, cl. G01V 3/12).

Однако известное устройство для геоэлектроразведки обладает низкой эффективностью вследствие использования зондирующего фазоманипулированного сигнала, являющегося составным параллельным сигналом, состоящим из группы фазоманипулированных сигналов с плохими автокорреляционными свойствами, что приводит к низким помехоустойчивости, чувствительности и точности измерений для обнаружения подповерхностных объектов. Сложные фазоманипулированные зондирующие сигналы на базе используемых дискретных ортогональных функций в данном устройстве для геоэлектроразведки имеют максимальный боковой пик автокорреляционной функции R(τ)_max меньше в 1,875 раз, чем сложные фазоманипулированные зондирующие сигналы, использующие функции Уолша. При этом показатель различимости (ПР) у них больше, чем у сложных фазоманипулированных зондирующих сигналов, использующих функции Уолша, только в 8 раз, что явно недостаточно.However, the known device for geoelectrical exploration has low efficiency due to the use of a sounding phase-shifted signal, which is a composite parallel signal consisting of a group of phase-shifted signals with poor autocorrelation properties, which leads to low noise immunity, sensitivity and measurement accuracy for the detection of subsurface objects. Complex phase-shifted sounding signals based on the discrete orthogonal functions used in this geoelectrical exploration device have a maximum lateral peak of the autocorrelation function R (τ) _max 1.875 times less than complex phase-shift sounding probes using Walsh functions. Moreover, the distinguishability index (PR) is more than 8 times that of complex phase-manipulated sounding signals using Walsh functions, which is clearly not enough.

Целью изобретения является повышение эффективности устройства для геоэлектроразведки за счет использования составного параллельного сигнала, состоящего из группы фазоманипулированных сигналов с хорошими автокорреляционными свойствами, приводящими к повышению помехоустойчивости, чувствительности и точности измерений для обнаружения подповерхностных объектов, например газовых и нефтяных залежей, рудных месторождений, в том числе и в районах с высоким уровнем регулярных электрических помех. При этом в предлагаемом устройстве для геоэлектроразведки сложные фазоманипулированные зондирующие сигналы на базе разработанных дискретных ортогональных функций имеют максимальный боковой пик автокорреляционной функции R(τ)_max меньше в 2,143 раз, чем сложные фазоманипулированные зондирующие сигналы, использующие функции Уолша, и меньше в 1,143 раз, чем сложные фазоманипулированные зондирующие сигналы, используемые в прототипе (см. патент Российской Федерации №2366983 по заявке №2008114897/28 от 15.04.2008 на изобретение «Устройство для геоэлектроразведки», опубликованный 10.09.2009, бюл. №25, кл. G01V 3/12). При этом показатель различимости (ПР) у них больше, чем у сложных фазоманипулированных зондирующих сигналов, использующих функции Уолша, в 9 раз, и больше, чем у сложных фазоманипулированных зондирующих сигналов, используемых в прототипе, в 1,125 раз (см. патент Российской Федерации №2366983 по заявке №2008114897/28 от 15.04.2008 на изобретение «Устройство для геоэлектроразведки», опубликованный 10.09.2009, бюл. №25, кл. G01V 3/12), что значительно повышает эффективность устройства для геоэлектроразведки за счет использования системы фазоманипулированных сигналов с хорошими автокорреляционными свойствами, приводящими к повышению помехоустойчивости, чувствительности и точности измерений для обнаружения подповерхностных объектов, например газовых и нефтяных залежей, рудных месторождений.The aim of the invention is to increase the efficiency of the device for geoelectrical exploration through the use of a composite parallel signal consisting of a group of phase-shifted signals with good autocorrelation properties, leading to increased noise immunity, sensitivity and measurement accuracy for the detection of subsurface objects, such as gas and oil deposits, ore deposits, including and in areas with a high level of regular electrical interference. Moreover, in the proposed device for geoelectrical exploration, complex phase-manipulated sounding signals based on the developed discrete orthogonal functions have a maximum lateral peak of the autocorrelation function R (τ) _max is 2.143 times less than complex phase-manipulated sounding signals using the Walsh functions and 1.143 times less than complex phase-manipulated sounding signals used in the prototype (see the patent of the Russian Federation No. 2366983 according to the application No. 2008114897/28 of 04/15/2008 for the invention "Device for geoelectroraz caustic ", published 10.09.2009, Bull. №25, cl. G01V 3/12). Moreover, the distinguishability index (PR) is 9 times greater than that of complex phase-manipulated sounding signals using Walsh functions, and 1.125 times higher than that of complex phase-shifted sounding signals used in the prototype (see patent of the Russian Federation No. 2366983 according to the application No. 2008114897/28 dated April 15, 2008 for the invention “Device for geoelectrical exploration”, published on September 10, 2009, Bulletin No. 25, class G01V 3/12), which significantly increases the efficiency of the device for geoelectric exploration due to the use of a phase-shifted signal system with good autocorrelation properties, leading to increased noise immunity, sensitivity and accuracy of measurements for the detection of subsurface objects, such as gas and oil deposits, ore deposits.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для геоэлектроразведки, содержащее блок управления, блок изменения периода следования модулирующих импульсов, передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник, компаратор, состоящий из i элементов (где i - число каналов многоканального коррелятора), блок индикации, многоканальный коррелятор, включающий в себя многоотводную линию задержки, многоканальный перемножитель и многоканальный фильтр нижних частот, блок формирования функций Уолша, группу из 2ⁿ перемножителей (где 2ⁿ - число фазоманипулированных сигналов с улучшенными автокорреляционными свойствами, входящих в группу последовательностей для составного параллельного сигнала), группу из 2ⁿ модуляторов, 2ⁿ - входовый сумматор, причем второй выход блока управления подключен к входу блока изменения периода следования модулирующих импульсов, вход антенного переключателя подключен к выходу передатчика, первый выход антенного переключателя подключен к антенне, к второму выходу антенного переключателя подключен приемник, к выходу передатчика подключен первый вход многоканального коррелятора, являющийся входом многоотводной линии задержки, второй вход многоканального коррелятора, являющийся одиночным входом многоканального перемножителя, соединен с выходом приемника, i-е выходы многоотводной линии задержки подключены к i-м входам группы входов многоканального перемножителя, i-е выходы многоканального перемножителя подключены к i-м входам многоканального фильтра низких частот, i-е выходы многоканального фильтра низких частот, являющиеся i-ми выходами многоканального коррелятора, подключены к первым входам i-х элементов компаратора и к вторым входам (i-1)-х элементов компаратора, выходы элементов компаратора подключены к входам блока индикации, первый выход блока управления подключен к тактовому входу блока формирования функций Уолша, вторые входы i-х перемножителей группы из 2ⁿ перемножителей подключены к i-м выходам блока формирования функций Уолша, выходы i-х перемножителей группы из 2ⁿ перемножителей подключены к первым входам i-х модуляторов группы из 2ⁿ модуляторов, вторые входы модуляторов соединены с выходом блока изменения периода следования модулирующих импульсов, выходы модуляторов подключены к входам 2ⁿ-входового сумматора, выход которого подключен к входу передатчика, введены элемент односторонней проводимости, двухразрядный регистр сдвига, двухвходовый коммутатор и дополнительный перемножитель, причем второй выход блока формирования функций Уолша подключен к входу элемента односторонней проводимости, первый выход блока управления подключен к тактовому входу двухразрядного регистра сдвига, выход элемента односторонней проводимости соединен с информационным входом двухразрядного регистра сдвига, выход двухразрядного регистра сдвига подключен к управляющему входу двухвходового коммутатора, первый информационный вход которого соединен с (2^n-1-2)-м выходом блока формирования функций Уолша, второй информационный вход двухвходового коммутатора соединен с (2^n-1+1)-м выходом блока формирования функций Уолша, выход двухвходового коммутатора подключен к первому входу дополнительного перемножителя, второй вход которого подключен к второму выходу блока формирования функций Уолша, выход дополнительного перемножителя соединен с первыми входами всех перемножителей группы из 2ⁿ перемножителей.This goal is achieved by the fact that in the known device for geoelectrical exploration, containing a control unit, a unit for changing the period of the modulating pulses, a transmitter, an antenna switch, an antenna, a receiver, a comparator consisting of i elements (where i is the number of channels of a multi-channel correlator), an indication unit , a multi-channel correlator including a multi-tap delay line, a multi-channel multiplier and a multi-channel low-pass filter, a unit for generating Walsh functions, a group of 2 ⁿ multipliers (where 2 ⁿ is the number of phase-shifted signals with improved autocorrelation properties included in the group of sequences for a composite parallel signal), a group of 2 ⁿ modulators, 2 ⁿ is the input adder, and the second output of the control unit is connected to the input of the block for changing the period of the modulating pulses, the antenna input the switch is connected to the output of the transmitter, the first output of the antenna switch is connected to the antenna, the receiver is connected to the second output of the antenna switch, connected to the output of the transmitter the first input of the multi-channel correlator, which is the input of the multi-tap delay line, the second input of the multi-channel correlator, which is a single input of the multi-channel multiplier, is connected to the output of the receiver, the ith outputs of the multi-tap delay line are connected to the i-th inputs of the group of inputs of the multi-channel multiplier, i-outputs of the multi-channel the multipliers are connected to the i-th inputs of the multi-channel low-pass filter, the i-th outputs of the multi-channel low-pass filter, which are the i-outputs of the multi-channel correlator, under are connected to the first inputs of the i-th comparator elements and to the second inputs of the (i-1) -th comparator elements, the outputs of the comparator elements are connected to the inputs of the display unit, the first output of the control unit is connected to the clock input of the Walsh function generation unit, the second inputs of i-x multipliers of a group of 2 ⁿ multipliers are connected to the i-th outputs of the Walsh function generation unit, the outputs of i-multipliers of a group of 2 ⁿ multipliers are connected to the first inputs of i-modulators of a group of 2 ⁿ modulators, the second inputs of modulators are connected to the output of the block changes in the repetition period of the modulating pulses, the outputs of the modulators are connected to the inputs of 2 ^n- input adders, the output of which is connected to the input of the transmitter, a single-sided conductivity element, a two-bit shift register, a two-input switch and an additional multiplier are introduced, and the second output of the Walsh function generation unit is connected to the input of the element one-sided conductivity, the first output of the control unit is connected to the clock input of a two-bit shift register, the output of the one-sided conductivity element with It is connected to the information input of the two-bit shift register, the output of the two-bit shift register is connected to the control input of the two-input switch, the first information input of which is connected to the (2 ^n-1 -2) -th output of the Walsh function generation unit, the second information input of the two-input switch is connected to (2 ^n-1 +1) -th output of the Walsh function formation unit, the output of the two-input switch is connected to the first input of the additional multiplier, the second input of which is connected to the second output of the function formation unit Walsh, the output of the additional multiplier is connected to the first inputs of all the multipliers of the group of 2 ⁿ multipliers.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для геоэлектроразведки с повышенными помехоустойчивостью, чувствительностью и точностью измерений.Figure 1 presents the structural diagram of a device for geoelectrical exploration with increased noise immunity, sensitivity and accuracy of measurements.

Устройство для геоэлектроразведки содержит блок 1 управления, блок 2 формирования функций Уолша, блок 3 изменения периода следования модулирующих импульсов, модуляторы 4, 2ⁿ - входовый сумматор 5, передатчик 6, антенный переключатель 7, приемник 8, многоканальный коррелятор 9, включающий в себя многоотводную линию 10_i задержки, многоканальный перемножитель 11_i, многоканальный фильтр 12_i нижних частот, компаратор 13_i (где i=1, 2, 3,…, 2ⁿ - количество элементов длительностью ΔT, из которых состоит каждый фазоманипулированный сигнал с улучшенными автокорреляционными свойствами, входящий в группу последовательностей для составного параллельного сигнала), блок 14 индикации, элемент 15 односторонней проводимости, двухразрядный регистр 16 сдвига, двухвходовый коммутатор 17, дополнительный перемножитель 18, перемножители 19 группы из 2ⁿ перемножителей, антенну 20.The device for geoelectrical exploration contains a control unit 1, a Walsh function generation unit 2, a modulating pulse period change unit 3, modulators 4, 2 ⁿ - an input adder 5, a transmitter 6, an antenna switch 7, a receiver 8, a multi-channel correlator 9, including a multi-tap delay line 10 _i , multi-channel multiplier 11 _i , multi-channel low-pass filter 12 _i , comparator 13 _i (where i = 1, 2, 3, ..., 2 ⁿ is the number of elements of duration ΔT that each phase-shifted signal consists of with improved autocorns relational properties, which is part of the sequence group for a composite parallel signal), an indication unit 14, a one-way conduction element 15, a two-bit shift register 16, a two-input switch 17, an additional multiplier 18, multipliers 19 of a group of 2 ⁿ multipliers, antenna 20.

Известно, что при построении устройств для геоэлектроразведки или систем радиолокации функция автокорреляции представляет наибольший интерес при выборе кодовых последовательностей (сложных фазоманипулированных зондирующих сигналов). Для устранения маскирующего действия близких по дальности объектов (целей) нужно уменьшать остатки (боковые пики функций автокорреляции зондирующих сигналов) (см. Вакман Д.Е., Седлецкий P.M. Вопросы синтеза радиолокационных сигналов. - М.: Советское радио, 1973, стр.48, четвертый абзац сверху). То есть более высокую точность обеспечивает использование сложных фазоманипулированных зондирующих сигналов, обладающих малыми боковыми пиками функций автокорреляции.It is known that when constructing devices for geoelectrical exploration or radar systems, the autocorrelation function is of greatest interest when choosing code sequences (complex phase-manipulated sounding signals). To eliminate the masking effect of objects (targets) close in range, it is necessary to reduce the residuals (side peaks of the autocorrelation functions of the probing signals) (see Wakman DE, Sedletsky PM Issues of the synthesis of radar signals. - M.: Soviet Radio, 1973, p. 48 , fourth paragraph above). That is, higher accuracy is ensured by the use of complex phase-shifted sounding signals having small side peaks of the autocorrelation functions.

Кроме того, для получения наименьшей вероятности установления ложной синхронизации (ошибки при анализе отраженного сложного фазоманипулированного зондирующего сигнала), а следовательно, повышения помехоустойчивости, чувствительности и точности измерений при обнаружении подповерхностных объектов, более точного определения места и глубины залегания газовых, нефтяных и рудных месторождений, в том числе и в районах с высоким уровнем регулярных электрических помех, необходимо использовать сигналы с малыми боковыми пиками функций автокорреляции (см. Диксон Р.К. Широкополосные системы. - М.: Связь, 1979, стр.64, первый абзац снизу).In addition, to obtain the least likelihood of establishing false synchronization (errors in the analysis of the reflected complex phase-manipulated probe signal), and therefore, increase the noise immunity, sensitivity and accuracy of measurements when detecting subsurface objects, more accurately determine the location and depth of gas, oil and ore deposits, including in areas with a high level of regular electrical noise, it is necessary to use signals with small side peaks of the functions rrelyatsii (see RK Dixon Broadband systems -.. M .: Communications, 1979, page 64, first paragraph below).

Известно, что автокорреляционная функция сигнала S(t) определяется выражением:It is known that the autocorrelation function of the signal S (t) is determined by the expression:

где τ - величина временного сдвига сигнала.where τ is the value of the time shift of the signal.

Из выражения (1) видно, что R(τ) характеризует степень связи (корреляции) сигнала S(t) с его копией, сдвинутой на величину τ по оси времени.It can be seen from expression (1) that R (τ) characterizes the degree of connection (correlation) of the signal S (t) with its copy shifted by the value of τ along the time axis.

Ясно, что функция R(τ) достигает максимума при τ=0, так как любой сигнал полностью коррелирован с самим собой.It is clear that the function R (τ) reaches its maximum at τ = 0, since any signal is completely correlated with itself.

При этомWherein

то есть максимальное значение автокорреляционной функции равно энергии сигнала (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Советское радио, 1971, стр.68).that is, the maximum value of the autocorrelation function is equal to the signal energy (see IS Gonorovsky, Radio Engineering Circuits and Signals. - M.: Soviet Radio, 1971, p. 68).

Для случая сигналов, пронормированных по энергии с учетом E=1, автокорреляционная функция сигнала состоит из центрального пика с амплитудой 1, размещенного на интервале (-τ₀, τ₀) и боковых пиков, распределенных на интервалах (-T, -τ₀) и (τ₀, T). Амплитуды боковых пиков принимают различные значения, но у сигналов с хорошими корреляционными свойствами они малы, то есть существенно меньше амплитуды центрального пика, равной 1 (см. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, стр.30).For the case of energy-normalized signals taking into account E = 1, the autocorrelation function of the signal consists of a central peak with amplitude 1 located in the interval (-τ ₀ , τ ₀ ) and side peaks distributed in the intervals (-T, -τ ₀ ) and (τ ₀ , T). The amplitudes of the side peaks take different values, but for signals with good correlation properties they are small, that is, significantly less than the amplitude of the central peak equal to 1 (see Varakin L.E. Communication systems with noise-like signals. - M .: Radio and communication, 1985 p. 30).

Значения боковых пиков функции автокорреляции, которые обычно меньше основного, зависят от реально используемой кодовой последовательности (сложного фазоманипулированного зондирующего сигнала). При возникновении таких боковых пиков функции корреляции способность приемника в составе устройства для геоэлектроразведки к установлению надежной синхронизации (точному анализу отраженного сложного фазоманипулированного зондирующего сигнала) ухудшается, так как в этом случае он должен различать основной и максимальный боковой пики функции корреляции (см. Диксон Р.К. Широкополосные системы. - М.: Связь, 1979, стр.67).The values of the side peaks of the autocorrelation function, which are usually less than the main one, depend on the actually used code sequence (a complex phase-manipulated probe signal). When such side peaks of the correlation function occur, the receiver’s ability to establish reliable synchronization (an accurate analysis of the reflected complex phase-manipulated probe signal) as part of the geoelectrical exploration device deteriorates, since in this case it must distinguish between the main and maximum side peaks of the correlation function (see Dixon R. K. Broadband systems. - M .: Communication, 1979, p. 67).

Корреляционные свойства кодовой последовательности характеризует показатель различимости (ПР), определяемый как разность значений функции автокорреляции, соответствующих основному и максимальному боковому пикам. Очевидно, чем больше ПР, тем лучше кодовая последовательность (см. Диксон Р.К. Широкополосные системы. - М.: Связь,1979, стр.65, а также стр.66, рис.3.11), тем выше точность и достоверность использующей ее системы.The correlation properties of the code sequence are characterized by the distinguishability index (PR), defined as the difference between the values of the autocorrelation function corresponding to the main and maximum side peaks. Obviously, the greater the PR, the better the code sequence (see Dixon R.K. Broadband systems. - M .: Communication, 1979, p. 65, and also p. 66, Fig. 3.11), the higher the accuracy and reliability of using her system.

Таким образом, наиболее важной проблемой является отыскание сигналов с малыми остатками корреляционной функции (см. Вакман Д.Е., Седлецкий P.M. Вопросы синтеза радиолокационных сигналов. - М.: Советское радио, 1973, стр.279, первый абзац снизу).Thus, the most important problem is the search for signals with small residuals of the correlation function (see Wakman D.E., Sedletsky P.M. Issues of synthesis of radar signals. - M.: Soviet Radio, 1973, p. 279, first paragraph from the bottom).

К сожалению, в прототипе (см. патент Российской Федерации №2366983 по заявке №2008114897/28 от 15.04.2008 на изобретение «Устройство для геоэлектроразведки», опубликованный 10.09.2009, бюл. №25, кл. G01V 3/12) структура таких сигналов и их конкретные автокорреляционные функции являются весьма посредственными, явно не удовлетворяющими соответствующим требованиям.Unfortunately, in the prototype (see the patent of the Russian Federation No. 2366983 for the application No. 2008114897/28 dated April 15, 2008 for the invention “Device for geoelectrical exploration”, published on September 10, 2009, bull. No. 25, class G01V 3/12) the structure of such signals and their specific autocorrelation functions are very mediocre, clearly not satisfying the relevant requirements.

Прототип обладает низкой эффективностью вследствие использования зондирующего фазоманипулированного сигнала, являющегося составным параллельным сигналом, состоящим из группы фазоманипулированных сигналов с плохими автокорреляционными свойствами, что приводит к низким помехоустойчивости, чувствительности и точности измерений для обнаружения подповерхностных объектов. Сложные фазоманипулированные зондирующие сигналы на базе используемых дискретных ортогональных функций в данном устройстве для геоэлектроразведки имеют максимальный боковой пик автокорреляционной функции R(τ)_max меньше в 1,875 раз, чем сложные фазоманипулированные зондирующие сигналы, использующие функции Уолша. При этом показатель различимости (ПР) у них больше, чем у сложных фазоманипулированных зондирующих сигналы, использующих функции Уолша, только в 8 раз, что явно недостаточно.The prototype has low efficiency due to the use of a sounding phase-shift key signal, which is a composite parallel signal consisting of a group of phase-shift key signals with poor autocorrelation properties, which leads to low noise immunity, sensitivity and measurement accuracy for the detection of subsurface objects. Complex phase-shifted sounding signals based on the discrete orthogonal functions used in this geoelectrical exploration device have a maximum lateral peak of the autocorrelation function R (τ) _max 1.875 times less than complex phase-shift sounding probes using Walsh functions. Moreover, the distinguishability index (PR) is more than 8 times that of complex phase-manipulated sounding signals using Walsh functions, which is clearly not enough.

Для сложных фазоманипулированных зондирующих сигналов, использующих функции Уолша, использующих дискретные ортогональные функции, предложенных в прототипе (см. патент Российской Федерации №2366983 по заявке №2008114897/28 от 15.04.2008 на изобретение «Устройство для геоэлектроразведки», опубликованный 10.09.2009, бюл. №25, кл. G01V 3/12) и предлагаемых в данном изобретении были рассчитаны автокорреляционные функции, максимальные боковые пики автокорреляционных функций сигналов и показатели различимости (ПР).For complex phase-manipulated sounding signals using Walsh functions using discrete orthogonal functions proposed in the prototype (see the patent of the Russian Federation No. 2366983 for application No. 2008114897/28 of 04.15.2008 for the invention "Device for geoelectrical exploration", published on 10.09.2009, bull. No. 25, class G01V 3/12) and proposed in this invention were calculated autocorrelation functions, the maximum side peaks of the autocorrelation functions of the signals and the indices of distinguishability (PR).

Результаты расчетов для случая 2ⁿ=16 представлены в таблице 1.The calculation results for case 2 ⁿ = 16 are presented in table 1.

Сложные фазоманипулированные зондирующие сигналыComplex phase-manipulated sounding signals ХарактеристикиCharacteristics С использованием системы функций Уолша Wal(i, θ)Using the system of Walsh functions Wal (i, θ) Максимальный боковой пик автокорреляционной функции R(τ)_max The maximum lateral peak of the autocorrelation function R (τ) _max 0,93750.9375 Показатель различимости ПРThe distinguishability indicator PR 0,06250.0625 С использованием системы дискретных ортогональных функций S(i, θ) в прототипеUsing a system of discrete orthogonal functions S (i, θ) in the prototype Максимальный боковой пик автокорреляционной функции R(τ)_max The maximum lateral peak of the autocorrelation function R (τ) _max 0,50.5 Показатель различимости ПРThe distinguishability indicator PR 0,50.5 С использованием системы дискретных ортогональных функций V(i, θ) в предлагаемом устройстве для геоэлектроразведкиUsing a system of discrete orthogonal functions V (i, θ) in the proposed device for geoelectrical exploration Максимальный боковой пик автокорреляционной функции R(τ)_max The maximum lateral peak of the autocorrelation function R (τ) _max 0,43750.4375 Показатель различимости ПРThe distinguishability indicator PR 0,56250.5625

По результатам, представленным в таблице, видно, что сложные фазоманипулированные зондирующие сигналы на базе разработанных дискретных ортогональных функций в предлагаемом устройстве для геоэлектроразведки имеют максимальный боковой пик автокорреляционной функции R(τ)_max меньше в 2,143 раз, чем сложные фазоманипулированные зондирующие сигналы, использующие функции Уолша, и меньше в 1,143 раз, чем сложные фазоманипулированные зондирующие сигналы, используемые в прототипе (см. патент Российской Федерации №2366983 по заявке №2008114897/28 от 15.04.2008 на изобретение «Устройство для геоэлектроразведки», опубликованный 10.09.2009, бюл. №25, кл. G01V 3/12). При этом показатель различимости (ПР) у них больше, чем у сложных фазоманипулированных зондирующих сигналов, использующих функции Уолша, в 9 раз, и больше, чем у сложных фазоманипулированных зондирующих сигналов, используемых в прототипе в 1,125 раз (см. патент Российской Федерации №2366983 по заявке №2008114897/28 от 15.04.2008 на изобретение «Устройство для геоэлектроразведки», опубликованный 10.09.2009, бюл. №25, кл. G01V 3/12), что значительно повышает эффективность устройства для геоэлектроразведки за счет использования системы фазоманипулированных сигналов с хорошими автокорреляционными свойствами, приводящими к повышению помехоустойчивости, чувствительности и точности измерений для обнаружения подповерхностных объектов, например газовых и нефтяных залежей, рудных месторождений.According to the results presented in the table, it is clear that complex phase-manipulated sounding signals based on the developed discrete orthogonal functions in the proposed device for geoelectrical exploration have a maximum lateral peak of the autocorrelation function R (τ) _max 2.143 times less than complex phase-manipulated sounding signals using Walsh functions , and 1.143 times less than the complex phase-shifted sounding signals used in the prototype (see the patent of the Russian Federation No. 2366983 according to the application No. 2008114897/28 of 04/15/2008 on invention “Device for geoelectro-prospecting”, published on September 10, 2009, bull. No. 25, class G01V 3/12). Moreover, the distinguishability indicator (PR) is 9 times greater than that of complex phase-manipulated sounding signals using Walsh functions and 1.125 times greater than complex phase-shift-sounding sounding signals used in the prototype (see patent of the Russian Federation No. 2366983 according to the application No. 2008114897/28 dated 04/15/2008 for the invention “Device for geoelectrical exploration”, published on September 10, 2009, Bulletin No. 25, class G01V 3/12), which significantly increases the efficiency of the device for geoelectrical exploration due to the use of a phase-shifted signal system good autocorrelation properties, leading to increased noise immunity, measurement sensitivity and accuracy to detect subsurface objects, such as gas and oil deposits, ore deposits.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства для геоэлектроразведки, на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования сложного фазоманипулированного зондирующего сигнала V(10, θ), на фиг.3 - временные диаграммы системы функций Уолша, на фиг.4 и 5 - автокорреляционные функции сигналов Уолша, на фиг.6 - временные диаграммы системы дискретных ортогональных функций в прототипе, на фиг.7 и 8 - автокорреляционные функции сигналов в прототипе, на фиг.9 - временные диаграммы системы дискретных ортогональных функций в предлагаемом устройстве, на фиг.10 и 11 - автокорреляционные функции сигналов в предлагаемом устройстве для геоэлектроразведки.Figure 1 presents a structural diagram of the proposed device for geoelectrical exploration, figure 2 is a timing diagram illustrating the process of forming a complex phase-manipulated probe signal V (10, θ), figure 3 is a timing diagram of a system of Walsh functions, figure 4 and 5 - autocorrelation functions of Walsh signals, Fig.6 - time diagrams of a system of discrete orthogonal functions in the prototype, Fig.7 and 8 - autocorrelation functions of signals in a prototype, Fig.9 - time diagrams of a system of discrete orthogonal functions proposed device, 10 and 11 - the autocorrelation function of signals in the proposed apparatus for EM survey.

В силу симметрии автокорреляционных функций сигналов относительно оси ординат на чертежах представлены только правые части графиков.Due to the symmetry of the autocorrelation functions of the signals relative to the ordinate axis, only the right parts of the graphs are shown in the drawings.

Устройство для геоэлектроразведки работает следующим образом.A device for geoelectrical exploration works as follows.

Перед началом работы устройства для геоэлектроразведки разряды двухразрядного регистра 16 сдвига находятся в нулевом состоянии.Before starting the device for geoelectrical exploration, the discharges of a two-bit shift register 16 are in the zero state.

В процессе проведения геоэлектроразведки с первого выхода блока 1 управления тактовые импульсы подаются на тактовый вход блока 2 формирования функций Уолша (фиг.2, а), на его выходах при этом формируются функции Уолша, поступающие на вторые входы соответствующих перемножителей 19 группы из 2ⁿ перемножителей. В это время импульсы синхронизации со второго выхода блока 1 управления поступают на вход блока 3 изменения периода следования модулирующих импульсов. Блок 3 изменения периода следования модулирующих импульсов формирует модулирующие импульсы синхронно с формированием элементов функций Уолша длительностью ΔT (фиг.2,б). Модулирующие импульсы подаются на вторые входы модуляторов 4, где осуществляется манипуляция их фазы на 180° в соответствии со структурой сигналов, поступающих на первые входы модуляторов 4 с выходов перемножителей 19.In the process of geoelectrical exploration from the first output of the control unit 1, clock pulses are fed to the clock input of the Walsh function generation unit 2 (Fig. 2, a), at the outputs of this, Walsh functions are generated that arrive at the second inputs of the corresponding multipliers of the 19 group of 2 ⁿ multipliers . At this time, the synchronization pulses from the second output of the control unit 1 are fed to the input of the unit 3 of the change in the repetition period of the modulating pulses. Block 3 changes the period of the sequence of modulating pulses generates modulating pulses synchronously with the formation of Walsh function elements of duration ΔT (Fig.2, b). Modulating pulses are fed to the second inputs of the modulators 4, where their phase is manipulated by 180 ° in accordance with the structure of the signals supplied to the first inputs of the modulators 4 from the outputs of the multipliers 19.

Функция Уолша Wal(1, θ), формируемая на втором выходе блока 2 формирования функций Уолша (фиг.2, в), подается на вход элемента 15 односторонней проводимости (в качестве которого может использоваться обычный диод), с выхода которого на информационный вход регистра 16 сдвига поступает только положительная часть функции Уолша Wal(1, θ) (фиг.2, г). На тактовый вход регистра 16 сдвига поступают импульсы с первого выхода блока 1 управления.The Walsh function Wal (1, θ) generated at the second output of the Walsh function generation unit 2 (Fig. 16 of the shift, only the positive part of the Walsh function Wal (1, θ) arrives (Fig. 2, d). The clock input of the shift register 16 receives pulses from the first output of the control unit 1.

В связи с тем, что в разрядах двухзарядного регистра 16 сдвига в исходном состоянии были записаны нули, информация на его выходе оказывается сдвинутой относительно информации на его входе на два такта (фиг.2,д). Последовательность единиц и нулей с выхода регистра 16 сдвига поступает на управляющий вход двухвходового коммутатора 17, устроенного таким образом, что при поступлении на управляющий вход «0» на выходе коммутатора 17 появляется информация, поступающая на его первый вход, а при поступлении на управляющий вход «1» на выходе коммутатора 17 появляется информация, поступающая на его второй вход.Due to the fact that zeros were recorded in the discharges of a double-charged shift register 16 in the initial state, the information at its output is shifted relative to the information at its input by two clock cycles (Fig. 2, e). The sequence of ones and zeros from the output of the shift register 16 goes to the control input of the two-input switch 17, arranged in such a way that when it arrives at the control input "0", the output of the switch 17 receives information coming to its first input, and when it goes to the control input, " 1 "at the output of the switch 17, information arriving at its second input appears.

Таким образом, вид сигнала на выходе коммутатора 17 (фиг.2, ж) определяется видом сигнала Уолша Wal (5, θ) (фиг.2, е) и видом сигнала Уолша Wal(8, θ) (фиг.2, ж).Thus, the type of signal at the output of the switch 17 (FIG. 2, g) is determined by the type of the Walsh signal Wal (5, θ) (FIG. 2, e) and the type of the Walsh signal Wal (8, θ) (FIG. 2, g) .

Сигнал с выхода коммутатора 17 (фиг.2, з) поступает на первый вход дополнительного перемножителя 18, на второй вход которого подается сигнал Wal(1, θ) (фиг.2, в) со второго выхода блока 2 формирования функций Уолша, в результате чего на выходе дополнительного перемножителя 18 появляется сигнал, поступающий на первые входы всех перемножителей 19 группы (см. фиг.2, и). Поскольку на вторые входы перемножителей 19 группы подаются соответствующие сигналы Уолша Wal(i, θ), на их выходах формируются функции V(i, θ), имеющие вид, отличающийся от вида функций Уолша Wal(i, θ). Вид функций V(i, θ) также отличается от вида функций S(i, θ), используемых в прототипе.The signal from the output of the switch 17 (FIG. 2, h) is supplied to the first input of the additional multiplier 18, the second input of which is supplied with the signal Wal (1, θ) (FIG. 2, c) from the second output of the Walsh function generation unit 2, which, at the output of the additional multiplier 18, a signal appears at the first inputs of all the multipliers of the group 19 (see Fig. 2, and). Since the corresponding Walsh signals Wal (i, θ) are supplied to the second inputs of the group multipliers 19, functions V (i, θ) are formed at their outputs, having a form different from the form of the Walsh functions Wal (i, θ). The form of the functions V (i, θ) also differs from the form of the functions S (i, θ) used in the prototype.

На фиг.2 приведены диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования в предлагаемом устройстве для геоэлектроразведки дискретной ортогональной функции V(10, θ) и модулированного сигнала на выходе соответствующего модулятора 4 (для шестнадцатиканального варианта устройства).Figure 2 shows diagrams illustrating the formation process in the proposed device for geoelectrical exploration of a discrete orthogonal function V (10, θ) and a modulated signal at the output of the corresponding modulator 4 (for the sixteen-channel version of the device).

На диаграммах указано временное состояние:The diagrams indicate a temporary state:

а) первого выхода блока 1 управления;a) the first output of the control unit 1;

б) выхода блока 3 изменения периода следования модулирующих импульсов;b) the output of block 3 changes the period of the modulating pulses;

в) второго выхода блока 2 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal(1, θ);c) the second output of block 2 of the formation of Walsh functions, on which the function Wal (1, θ) is generated;

г) выхода элемента 15 односторонней проводимости;g) the output element 15 of one-sided conductivity;

д) выхода двухразрядного регистра 16 сдвига;e) the output of a two-bit shift register 16;

е) шестого выхода блока 2 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal(5, θ);f) the sixth output of the Walsh function generation unit 2, on which the function Wal (5, θ) is generated;

ж) девятого выхода блока 2 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal(8, θ);g) the ninth output of block 2 of the formation of Walsh functions, on which the function Wal (8, θ) is generated;

з) выхода коммутатора 17;h) the output of the switch 17;

и) выхода дополнительного перемножителя 18;i) the output of the additional multiplier 18;

й) одиннадцатого выхода блока 2 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal(10, θ);j) the eleventh output of the block 2 of the formation of Walsh functions, on which the function Wal (10, θ) is generated;

к) выхода одиннадцатого перемножителя 19, на котором формируется функция V(10, θ);j) the output of the eleventh multiplier 19, on which the function V (10, θ) is formed;

л) выхода одиннадцатого модулятора 4, на котором формируется соответствующий модулированный сигнал для составного параллельного сигнала, появляющегося на выходе 2ⁿ-входового сумматора 5.k) the output of the eleventh modulator 4, on which the corresponding modulated signal is generated for the composite parallel signal appearing at the output 2 of the ^n- input adder 5.

Сигнал, формируемый на выходе дополнительного перемножителя 18, умножается в перемножителях 19 на функции Уоша Wal(i, θ). В результате этого на выходах перемножителей 19 формируется система дискретных ортогональных функций V(i, θ).The signal generated at the output of the additional multiplier 18 is multiplied in the multipliers 19 by the Wash function Wal (i, θ). As a result of this, a system of discrete orthogonal functions V (i, θ) is formed at the outputs of the multipliers 19.

Функции V(i, θ), обладающие хорошими автокорреляционными свойствами, подаются на первые входы соответствующих модуляторов 4, на вторые входы которых подаются модулирующие импульсы с выхода блока 3 изменения периода следования модулирующих импульсов, формирующего модулирующие импульсы синхронно с элементами сигналов V(i, θ). Модулированные сигналы с выходов модуляторов 4 поступают на соответствующие входы 2ⁿ-входового сумматора 5, на выходе которого формируется составной параллельный фазоманипулированный зондирующий сигнал U₁(t).Functions V (i, θ), which have good autocorrelation properties, are fed to the first inputs of the corresponding modulators 4, to the second inputs of which are modulating pulses from the output of the block 3 for changing the repetition period of the modulating pulses, which generates modulating pulses synchronously with the signal elements V (i, θ ) The modulated signals from the outputs of the modulators 4 are fed to the corresponding inputs 2 of the ^n- input adder 5, the output of which forms a composite parallel phase-shifted sounding signal U ₁ (t).

Составной параллельный сигнал с выхода 2ⁿ-входового сумматора 5 поступает на вход передатчика 6, на выходе которого формируется зондирующий сигнал U₁(t).A composite parallel signal from the output 2 of the ^n- input adder 5 is fed to the input of the transmitter 6, the output of which is the sounding signal U ₁ (t).

Зондирующий сигнал U₁(t) через антенный переключатель 7 поступает на антенну 20 и излучается в направлении исследуемой среды. Зондирующий сигнал U₁(t) проходит через среду и достигает исследуемого объекта, частично поглощающего его и частично отражающего в направлении приемопередающей антенны 20. Зондирующий сигнал U₁(t) с выхода передатчика 6 и отраженный зондирующий сигнал U₂(t) с выхода антенны 20 через антенный переключатель 7 и приемник 8 поступают соответственно на первый и второй входы многоканального коррелятора 9, аналогичного коррелятору, используемому в прототипе (см. патент Российской Федерации №2366983 по заявке №2008114897/28 от 15.04.2008 на изобретение «Устройство для геоэлектроразведки», опубликованный 10.09.2009, бюл. №25, кл. G01V 3/12).The probe signal U ₁ (t) through the antenna switch 7 is supplied to the antenna 20 and is radiated in the direction of the medium under study. The probe signal U ₁ (t) passes through the medium and reaches the object under study, which partially absorbs it and partially reflects in the direction of the transceiver antenna 20. The probe signal U ₁ (t) from the output of the transmitter 6 and the reflected probe signal U ₂ (t) from the antenna output 20 through the antenna switch 7 and the receiver 8 are respectively supplied to the first and second inputs of the multi-channel correlator 9, similar to the correlator used in the prototype (see the patent of the Russian Federation No. 2366983 for application No. 2008114897/28 of 04.15.2008 for the invention of “Devices about for geoelectro-prospecting ”, published on 10.09.2009, bull. No. 25, cl. G01V 3/12).

Многоканальный коррелятор 9 состоит из многоотводной линии 10_i задержки, многоканального перемножителя 11_i, многоканального фильтра 12_i нижних частот (где i=1, 2, 3,…, 2ⁿ - количество элементов длительностью ΔT, из которых состоит каждый фазоманипулированный сигнал с улучшенными автокорреляционными свойствами, входящий в группу последовательностей для составного параллельного сигнала). На выходе многоканального коррелятора 9 образуется напряжение, пропорциональное автокорреляционной функции R(τ), которое будет иметь максимальное значение при τ=0. С выходов коррелятора 9 напряжения соответствующих каналов поступают на входы компаратора 13, состоящего из 2ⁿ элементов. Каждый i-й элемент компаратора 13 представляет собой аналоговый элемент сравнения, в котором сравниваются два напряжения: входное U_вх и опорное U_оп.В случае превышения входного напряжения над опорным (U_вх>U_оп) на выходе i-го элемента компаратора 13 формируется напряжение, соответствующее логической единице. Напряжения с выходов многоканального коррелятора 9 подаются на элементы компаратора 13 таким образом, что на два соседних элемента подается одно и то же напряжение, причем на один элемент из пары этих элементов в качестве входного напряжения U_вх, а на другой элемент в качестве опорного напряжения U_оп.The multi-channel correlator 9 consists of a multi-tap delay line 10 _i , a multi-channel multiplier 11 _i , a multi-channel low-pass filter 12 _i (where i = 1, 2, 3, ..., 2 ⁿ is the number of elements of duration ΔT of which each phase-shifted signal consists of improved autocorrelation properties included in the group of sequences for a composite parallel signal). The output of the multi-channel correlator 9 produces a voltage proportional to the autocorrelation function R (τ), which will have a maximum value at τ = 0. From the outputs of the correlator 9, the voltages of the corresponding channels are supplied to the inputs of the comparator 13, consisting of 2 ⁿ elements. Each i-th element of the comparator 13 is an analog comparison element, which compares two voltages: U input _Rin and the reference U _op. If the input voltage exceeds the reference voltage (U _I > U _op ), a voltage corresponding to a logical unit is formed at the output of the ith element of the comparator 13. The voltages from the outputs of the multichannel correlator 9 are applied to the elements of the comparator 13 in such a way that the same voltage is applied to two neighboring elements, moreover, one element from a pair of these elements as input voltage U _in and other element as reference voltage U _op .

Следовательно, на выходах компаратора 13 образуется параллельный двоичный код, в котором логическая единица соответствует превышению напряжения в (i+1)-м канале коррелятора 9 над напряжением в i-м канале. Последовательность единиц двоичного кода соответствует возрастанию автокорреляционной функции R(τ), а последовательность логических нулей соответствует спаду автокорреляционной функции R(τ). Таким образом, переход от последовательности единиц к последовательности нулей будет соответствовать максимуму автокорреляционной функции R(τ). Подсчет количества единиц двоичного кода определяет номер канала, в котором значение R(τ) максимально, а следовательно, и значение временной задержки τ отраженного зондирующего сигнала U₂(t) по отношению к переданному зондирующему сигналу U₁(t), то есть факт месторасположения и глубину залегания исследуемого объекта.Therefore, at the outputs of the comparator 13, a parallel binary code is formed in which the logical unit corresponds to the excess voltage in the (i + 1) -th channel of the correlator 9 over the voltage in the i-th channel. The sequence of units of the binary code corresponds to an increase in the autocorrelation function R (τ), and the sequence of logical zeros corresponds to a decrease in the autocorrelation function R (τ). Thus, the transition from a sequence of units to a sequence of zeros will correspond to the maximum of the autocorrelation function R (τ). Counting the number of units of the binary code determines the channel number in which the value of R (τ) is maximum, and therefore the value of the time delay τ of the reflected probe signal U ₂ (t) with respect to the transmitted probe signal U ₁ (t), i.e., the fact of location and the depth of the investigated object.

Таким образом, за счет использования составного параллельного сигнала, состоящего из группы фазоманипулированных сигналов V(i, θ) с хорошими автокорреляционными свойствами, повышается эффективность устройства для геоэлектроразведки, приводящая к повышению помехоустойчивости, чувствительности и точности измерений для обнаружения подповерхностных объектов, например газовых и нефтяных залежей, рудных месторождений.Thus, by using a composite parallel signal consisting of a group of phase-shift keyed signals V (i, θ) with good autocorrelation properties, the efficiency of the device for geoelectrical exploration is increased, which leads to an increase in noise immunity, sensitivity and accuracy of measurements for the detection of subsurface objects, for example, gas and oil deposits, ore deposits.

Сложные фазоманипулированные зондирующие сигналы на базе разработанных дискретных ортогональных функций в предлагаемом устройстве для геоэлектроразведки имеют максимальный боковой пик автокорреляционной функции R(τ)_max меньше в 2,143 раз, чем сложные фазоманипулированные зондирующие сигналы, использующие функции Уолша, и меньше в 1,143 раз, чем сложные фазоманипулированные зондирующие сигналы, используемые в прототипе (см. патент Российской Федерации №2366983 по заявке №2008114897/28 от 15.04.2008 на изобретение «Устройство для геоэлектроразведки», опубликованный 10.09.2009, бюл. №25, кл. G01V 3/12). При этом показатель различимости (ПР) у них больше, чем у сложных фазоманипулированных зондирующих сигналов, использующих функции Уолша, в 9 раз, и больше, чем у сложных фазоманипулированных зондирующих сигналов, используемых в прототипе, в 1,125 раз, (см. патент Российской Федерации №2366983 по заявке №2008114897/28 от 15.04.2008 на изобретение «Устройство для геоэлектроразведки», опубликованный 10.09.2009, бюл. №25, кл. G01V 3/12), что значительно повышает эффективность устройства для геоэлектроразведки за счет использования системы фазоманипулированных сигналов с хорошими автокорреляционными свойствами, приводящими к повышению помехоустойчивости, чувствительности и точности измерений для обнаружения подповерхностных объектов, например газовых и нефтяных залежей, рудных месторождений.Complex phase-manipulated sounding signals based on the developed discrete orthogonal functions in the proposed device for geoelectrical exploration have a maximum lateral peak of the autocorrelation function R (τ) _max is 2.143 times less than complex phase-shift sounding signals using the Walsh functions and 1.143 times less than complex phase-manipulated sounding signals used in the prototype (see the patent of the Russian Federation No. 2366983 according to the application No. 2008114897/28 dated 04/15/2008 for the invention "Device for geoelectrical exploration", about ublikovanny 10.09.2009, Bull. №25, cl. G01V 3/12). Moreover, the distinguishability indicator (PR) is 9 times greater than that of complex phase-manipulated sounding signals using Walsh functions, and 1.125 times greater than complex phase-shifted sounding signals used in the prototype (see the patent of the Russian Federation No. 2366983 according to the application No. 2008114897/28 dated April 15, 2008 for the invention “Device for geoelectrical exploration”, published on September 10, 2009, bull. No. 25, class G01V 3/12), which significantly increases the efficiency of the device for geoelectric exploration due to the use of a phase-shifted system signals with good autocorrelation properties, leading to increased noise immunity, sensitivity and accuracy of measurements for the detection of subsurface objects, such as gas and oil deposits, ore deposits.

Помимо этого, при перемножении отраженного и зондирующего сигналов в данном устройстве спектр «сворачивается» в 2ⁿ раз. Это дает возможность исключить значительную часть шумов и узкополосных помех за счет корреляционной обработки зондирующих сигналов, в том числе и в районах с высоким уровнем регулярных электрических помех.In addition, when multiplying the reflected and probing signals in this device, the spectrum “collapses” 2 ⁿ times. This makes it possible to exclude a significant part of noise and narrowband interference due to the correlation processing of probing signals, including in areas with a high level of regular electrical interference.

Claims (1)

Устройство для геоэлектроразведки, содержащее блок управления, блок изменения периода следования модулирующих импульсов, передатчик, антенный переключатель, антенну, приемник, компаратор, состоящий из i элементов (где i - число каналов многоканального коррелятора), блок индикации, многоканальный коррелятор, включающий в себя многоотводную линию задержки, многоканальный перемножитель и многоканальный фильтр нижних частот, блок формирования функций Уолша, группу из 2ⁿ перемножителей (где 2ⁿ - число фазоманипулированных сигналов с улучшенными автокорреляционными свойствами, входящих в группу последовательностей для составного параллельного сигнала), группу из 2ⁿ модуляторов, 2ⁿ - входовый сумматор, причем второй выход блока управления подключен к входу блока изменения периода следования модулирующих импульсов, вход антенного переключателя подключен к выходу передатчика, первый выход антенного переключателя подключен к антенне, к второму выходу антенного переключателя подключен приемник, к выходу передатчика подключен первый вход многоканального коррелятора, являющийся входом многоотводной линии задержки, второй вход многоканального коррелятора, являющийся одиночным входом многоканального перемножителя, соединен с выходом приемника, i-e выходы многоотводной линии задержки подключены к i-м входам группы входов многоканального перемножителя, i-e выходы многоканального перемножителя подключены к i-м входам многоканального фильтра низких частот, i-e выходы многоканального фильтра низких частот, являющиеся i-ми выходами многоканального коррелятора, подключены к первым входам i-x элементов компаратора и к вторым входам (i-1)-x элементов компаратора, выходы элементов компаратора подключены к входам блока индикации, первый выход блока управления подключен к тактовому входу блока формирования функций Уолша, вторые входы i-x перемножителей группы из 2ⁿ перемножителей подключены к i-м выходам блока формирования функций Уолша, выходы i-x перемножителей группы из 2ⁿ перемножителей подключены к первым входам i-x модуляторов группы из 2ⁿ модуляторов, вторые входы модуляторов соединены с выходом блока изменения периода следования модулирующих импульсов, выходы модуляторов подключены к входам 2ⁿ - входового сумматора, выход которого подключен к входу передатчика, отличающееся тем, что в него введены элемент односторонней проводимости, двухразрядный регистр сдвига, двухвходовый коммутатор и дополнительный перемножитель, причем второй выход блока формирования функций Уолша подключен к входу элемента односторонней проводимости, первый выход блока управления подключен к тактовому входу двухразрядного регистра сдвига, выход элемента односторонней проводимости соединен с информационным входом двухразрядного регистра сдвига, выход двухразрядного регистра сдвига подключен к управляющему входу двухвходового коммутатора, первый информационный вход которого соединен с (2^n-1-2)-м выходом блока формирования функций Уолша, второй информационный вход двухвходового коммутатора соединен с (2^n-1+1)-м выходом блока формирования функций Уолша, выход двухвходового коммутатора подключен к первому входу дополнительного перемножителя, второй вход которого подключен к второму выходу блока формирования функций Уолша, выход дополнительного перемножителя соединен с первыми входами всех перемножителей группы из 2ⁿ перемножителей. A geoelectrical exploration device comprising a control unit, a modulating pulse train, a transmitter, an antenna switch, an antenna, a receiver, a comparator consisting of i elements (where i is the number of channels of a multi-channel correlator), an indication unit, a multi-channel correlator including a multi-tap a delay line, a multi-channel multiplier and a multi-channel low-pass filter, a unit for generating Walsh functions, a group of 2 ⁿ multipliers (where 2 ⁿ is the number of phase-shifted signals with improved autocorrelation properties included in the group of sequences for a composite parallel signal), a group of 2 ⁿ modulators, 2 ⁿ is an input adder, the second output of the control unit is connected to the input of the unit for changing the period of the modulating pulses, the input of the antenna switch is connected to the output of the transmitter, the first the output of the antenna switch is connected to the antenna, the receiver is connected to the second output of the antenna switch, the first input of the multi-channel correlator is connected to the output of the transmitter, which is I by the input of the multi-tap delay line, the second input of the multi-channel correlator, which is a single input of the multi-channel multiplier, is connected to the output of the receiver, i.e. the outputs of the multi-tap delay line are connected to the ith inputs of the group of inputs of the multi-channel multiplier, i.e. the outputs of the multi-channel multiplier are connected to the ith inputs of the multi-channel filter low frequencies, i.e. the outputs of the multi-channel low-pass filter, which are the i-outputs of the multi-channel correlator, are connected to the first inputs ix of the comparator elements and to the second to the inputs (i-1) -x of the comparator elements, the outputs of the comparator elements are connected to the inputs of the display unit, the first output of the control unit is connected to the clock input of the Walsh function generation unit, the second inputs ix of the multipliers of a group of 2 ⁿ multipliers are connected to the ith outputs of the block the formation of Walsh functions, the outputs ix of the multipliers of a group of 2 ⁿ multipliers are connected to the first inputs ix of the modulators of a group of 2 ⁿ modulators, the second inputs of the modulators are connected to the output of the block for changing the period of the modulating pulses, the output These modulators are connected to the inputs 2 ^{n of the} input adder, the output of which is connected to the input of the transmitter, characterized in that a single-sided conduction element, a two-bit shift register, a two-input switch, and an additional multiplier are inserted into it, and the second output of the Walsh function generation unit is connected to the input of the element one-sided conductivity, the first output of the control unit is connected to the clock input of a two-bit shift register, the output of the one-sided conductivity element is connected to the information input m two-bit shift register, two-bit shift register output is connected to the control input of the two-input switch having a first information input coupled to (2 ^n-1 -2) th output of the Walsh functions forming the second information input of the two-input switch is connected to (2 ^n-1 +1) -th output of the Walsh function formation unit, the output of the two-input switch is connected to the first input of the additional multiplier, the second input of which is connected to the second output of the Walsh function formation unit, the output of the additional multiplier connected to the first inputs of all multipliers of a group of 2 ⁿ multipliers.

Images