[发明专利]一种基于超高密度电法设备提高勘探深度的方法

权利要求书

1.一种基于超高密度电法设备提高勘探深度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)布置在待勘探区域的超高密度电法设备发射产生自定义编码双极性波，步骤如下：

1-1)生成逆M序列：确定M序列的n阶本原多项式与移位寄存器的初始状态，通过M序列信号发生器依次产生M序列，然后对M序列隔位取反即得到不含直流分量的逆M序列，其中M序列的码元宽度选择依据对大地冲击响应峰值时刻的估计与发射机实际发射能力，对于阶数n的选择依赖实际探勘的噪声水平，移位寄存器的初始状态不全零；

1-2)确定主频与混频：根据仪器所选取的勘探方法和勘探地质情况以及工程的需求确定主频频率和频点的个数，若选取j个频点，频率为f_j正弦波，相位为ξ_j，以接收端实际采样率满足奈奎斯采样定理生成y_j＝A_jsin[2π(f_jt+ξ_j)]主频波形信号，最后按时间序列依次叠加即为产生的原始主频信号Y＝y₁+y₂+...+y_j；

1-3)编码：选取原始主频信号的最低频点f_min作为参考周期根据实际勘探所需的主频范围确定在每个周期T内叠加h次循环逆M序列码，叠加的每个逆M序列码乘以系数k，逆M序列码与原始主频信号按时间序列叠加产生预编码波形Q_i，根据预编码波形最大值将其整体波形幅值按比例缩至[-1，1]区间后对其按自定义比例ki编码成1、0、-1双极性码，编码生成的自定义双极性波过程的数学表达式Z_i为：

ki＝(a_i:b_i:c_i){a_i,b_i,c_i}∈(0,0.5)

a_i、b_i、c_i为选取的比例正数，

2)超高密度电法设备的接收端接收步骤1)产生的自定义编码双极性波的数据，并对接收的数据进行噪声消除，具体步骤如下：

接收端接收的数据由噪声、纯激电效应、电磁耦合效应、发射波形注入地下时使接收端提高的基准电压、50Hz工频干扰组成，其中噪声包括天然磁场干扰、自身设备干扰、工频干扰，噪声中含有的50Hz工频干扰在接收端硬件电路上采用双T型陷波滤波器即带阻滤波器滤除50Hz这一特定频率的干扰信号，在超高密度电法设备进行勘探前，先选通接收电极并采集当前所勘探的地质随机噪声数据存入设备存储芯片SD卡中，并将噪声数据导入上位机PC端统计随机噪声数据特性变化，勘探时接收端接收到的数据作为信号源，勘探前采集到的数据作为噪声源，采集的噪声是随机噪声，不同时刻采集到的噪声均具有随机性，电极的布极位置不变勘探设备不变，且勘探过程中外部环境不出现剧烈变化、人工操作不出现失误，则采集到的信号源与噪声源是具备相关性的，将所有数据导入PC端上位机，同时利用其统计特性将噪声数据序列扩展为与信号源同等长度，利用自适应噪声对消系统将噪声消除，自适应噪声对消系统中的自适应滤波器采用维纳霍夫最小二乘算法LMS，该算法根据随机梯度方法逐渐调整，最终逼近维纳-霍夫最优解，完成滤除噪声；

3)从步骤2)中完成消噪后的自定义编码双极性波中提取激电效应与电磁耦合效应，方法如下：

发射波形控制信号为自定义双极性波，采用差分递归最小二乘算法提取激电效应与电磁耦合效应，发射端信号作为初始信号dn，接收端经噪声对消之后的数据作为输入信号xn，差分递归最小二乘算法利用初始信号dn与输入信号xn的互相关性使自适应滤波器的输出信号与初始信号具备强互相关性且输出信号波形几乎完全收敛于初始信号，最后用输入信号与自适应滤波输出信号按数据序列逐个相减即得到激电效应与电磁耦合效应占主要成分的波形数据，其中消掉的部分即为发射波形注入地下时使得接收端提高的基准电压，上位机程序提取步骤如下：

3-1)初始化自适应滤波器的L个系数f＝[0,0,…0]^T和输入信号逆自相关矩阵其中δ为正则系数，I为[L,L]单位矩阵；

3-2)接收新的数据采样对{x[n+1],d(n+1)}并将输入信号x[n+1]从高位移到输入信号向量X[n+1]，该向量为[1,L]一维矩阵；

3-3)计算自适应滤波器的输出信号y[n+1]＝f^T[n]X[n+1]^T；

3-4)计算先验误差函数e[n+1]＝d[n+1]-y[n+1]；

3-5)计算卡尔曼增益因子k[n+1]为[L,1]矩阵；

3-6)更新滤波器系数f[n+1]＝f[n]+k[n+1]e[n+1]；

3-7)更新滤波器的逆自相关矩阵

3-8)重复步骤3-2)，直至数据序列中最后一位数据计算完成；

3-9)输入信号与自适应滤波输出信号相消即提取到激电效应与电磁耦合效应，实现在低信噪比的情况下仍能提取有效信息，从而提高勘探深度。

2.根据权利要求1所述的一种基于超高密度电法设备提高勘探深度的方法，其特征在于，所述的自定义编码双极性波，满足以下条件：

a、编码波形进行自相关分析必须满足逆M序列的整体循环自相关性；

b、对编码波形进行频谱分析必须满足其能量主要落下选定的主频上；

若不满足以上条件，则调整系数k与ki，直至满足编码波形所需要的条件；

自定义编码双极性波最小脉宽取决于在参考周期T内叠加了多少个循环逆M序列；

编码生成的自定义双极性波为发射机实际发射波形信号，发射机的发射电路由4个NMOS搭建的全桥电路、光耦隔离电路、控制信号驱动电路和电流电压采集电路、过流过温保护电路组成，其中驱动全桥电路的下臂控制电路中串接逻辑非门，防止因传输线时延导致的全桥电路上下臂误操作。