[发明专利]一种用于井间电磁探测的信号同步收发方法及系统

说明书

本发明涉及一种用于井间电磁探测的信号同步收发方法及系统，所述信号同步收发方法包括：发射端接收到同步触发信号后对发射端信号波查找表完成一次复位，使得发射端产生的信号波的相位置零；接收端接收到同步触发信号后，开启写入数据使能将数字信号写入到FPGA中，同时控制FPGA内部的参考信号生成模块完成一次查找表复位，将参考信号的相位置零；进而减小由收发非同源晶振所带来的相位累积误差。本发明的优点在于：本发明中所实现的收发同步方案中，每当收发端各自井上的同步触发信号到达井下时，会分别对发射端的SPWM波查找表和接收端的相敏检波参考信号查找表完成一次复位，将其相位置零，从而减小由收发非同源晶振所带来的相位累积误差。

技术领域

本发明涉及井间电磁探测技术领域，尤其涉及一种用于井间电磁探测的信号同步收发方法及系统。

背景技术

井间电磁探测属于大地电磁探测(MT)中的一类，发射端采用偶极子源发射信号，并在相距上百米甚至数百米的接收端对信号完成接收和采集；相比于其他方式的地下勘探，井间电磁探测能够实现高跨距、远距离的探测，若将多口井以阵列的形式排列还可以极大地提高区域内的探测效率和探测精度；井间电磁探测方法已经应用到很多领域，如地下资源探测、地表建筑裂隙探测和考古发掘等等。

由电磁场理论可知，信号在两口径井之间的底层间传播时，会受到地层中的电导率、磁导率和介电常数以及信号频率等参数的影响，最终导致信号的幅值信息与相位信息在传播途中发生变化；若已知发射信号的幅值和初始相位，再根据接收端提取的信号的波形信息，便能够对地层中的传播因子实现反演，从而获取地层信息。因此，在井间电磁探测系统中，保证系统对弱信号的接收能力以及在接收端准确测量出信号的相位是反演出地层信息的关键。

不论是在两口井还是多井阵列下的井间电磁探测，若要准确测量信号自发射端发射，经地层传播后被接收端接收时的相位变化，则首先需要对各个井之间实现时间上的同步，即明确发射端开始发射信号与接收端开始采集信号之间的延时，消除延时所带来的相位误差方能确保信号相位测量的准确性。其次，井间的发射端与接收端往往相距甚远，使得在电路设计时，接收机与发射机上的晶振芯片并不能采用同源晶振，而对于非同源晶振，其微小的频率偏差会随着时间的积累产生相位偏差，这也就要求，需要增加收发端的同步信号完成对累积相位误差的修正，减小误差累积的时间。

目前，常见的用于井间电磁探测的收发同步方法主要有两种。其一是采用线缆将收发端进行连接，通过收发其中一端产生的控制信号或井上的同步源实现收发同步，代表系统为21世纪初EMI公司所研制的XBH-2000系统，但采用线缆直连的方式实现同步，其主受地形影响较大，实现起来并不灵活。其二是采用GPS接收机接收GPS信号，再由收发端各自的GPS接收机产生同一个时间信号分别对井下接收部分实现同步触发。其中的时间信号，既可以是精确到秒的绝对时间信息，也可以是基于收发端相对时间的脉冲信号。

若采用绝对时间信息实现收发同步，则是将GPS接收机获取的时间信息从井上发送至井下，在井下完成对时间信息的解码后，在一设定好的时间下同时对发送端和接收端完成启动，并在启动时刻，生成控制时钟信号，驱动系统工作。而采用脉冲信号实现的收发同步，则是直接基于井上的周期脉冲，在井下的锁相环产生时钟信号，尽量稳定时钟频率以减小收发电路之间的相位误差积累。总而言之，不论是锁相环还是绝对时间的同步方法，其生成的控制时钟都是基于井间的非同源晶振产生，以常见的晶振为例，其频率误差为20ppm，每1MHz频率的信号会有最大20Hz的频偏，倘若收发端的晶振频偏均为20ppm，则经计算得知，当相敏检波的周期数大于69个周期时，其带来的相位误差将会大于0.5°。且两个非同源晶振的ppm误差积累不可能消除，因此采用上述方法实现的同步方式，其测量得到的相位精度仍无法保证。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种用于井间电磁探测的信号同步收发方法及方法，能够通过基于同步触发信号和FPGA控制来对相位误差累积的问题进行优化。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于井间电磁探测的信号同步收发方法，所述信号同步收发方法包括：