偽隨機擴頻電磁波層析成像儀的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設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擴頻電磁 波層析成像儀及實現成像的方法。
【背景技術】
[0002] 目前，地球物理層析成像技術所面臨的最大技術難題是穿透距離不夠和探測距 離與分辨率相互矛盾的問題。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成像兩種，前者工作頻率為 10化一lOKHz，成像參數為地層電阻率。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400m - 500m，典型儀器W美國XHB2000型EM成像測量系統(tǒng)為代表；后者工 作頻率為0. IMHz - 35MHz，成像參數為地層對電磁波的吸收系數，典型儀器有國產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、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100m - 200m。有報道稱： 電磁波CT在發(fā)射頻率為0. 3兆時，在完整的灰?guī)r中的最大穿透距離是500m，但其工程實例 極為少見。
[0003] 在工程勘察方面，通常利用一臺國產或進口 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問題及其它問題，必須采用專用設備。加之石油勘探的層 析成像還設及大透距問題，現有的電磁波和彈性波層析成像技術難有作為。因此，石油行業(yè) 主要使用地表地震勘探方法。
[0004] 從目前技術研究來看，地球物理層析成像技術主要存在大透距及其高分辨率探測 的問題，而地球物理層析成像技術的分辨率受兩方面因素的制約：一是發(fā)射信號的頻率； 二是射線的密度，亦即成像網格的大小。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，而前現有的技術還不能很好地解決W上問題。

【發(fā)明內容】

[0005] 鑒于上述現有技術的不足，本實用新型目的在于克服上述現有技術的不足而提供 一種偽隨機擴頻電磁波層析成像儀，本實用新型能夠在發(fā)射能量、工作頻率及探測對象等 條件基本相同的情況下，采用偽隨機碼擴頻技術既可使系統(tǒng)具有良好的抗干擾性，又能在 一定程度上提升探測的穿透距離。
[0006] 實現本實用新型目的采用的技術方案是一種偽隨機擴頻電磁波層析成像儀，該成 像儀包括：
[0007] 地面主機，包括數據處理器，所述數據處理器包括同步控制器、第一偽隨機序列產 生器、解調器、信號相關器和信號強度估計器，所述解調器、信號相關器和信號強度估計器 依次電信號連接，所述第一偽隨機序列產生器分別與同步控制器和信號相關器連接；
[000引第一電纜絞車，設于發(fā)射鉆孔附近；
[0009] 第一井口滑輪，設于所述發(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連接，另一 端通過所述第一井口滑輪置于所述發(fā)射鉆孔內；
[0011] 第二電纜絞車，設于接收鉆孔附近；
[0012] 第二井口滑輪，設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連接，另一 端通過所述第二井口滑輪置于所述接收鉆孔內；
[0014] 發(fā)射裝置，設于所述第一電纜位于發(fā)射鉆孔內的一端上，所述發(fā)射裝置包括依次 電信號連接的第二偽隨機序列產生器、調制器、功率放大器和信號發(fā)射天線；
[0015] 接收裝置，設于所述第二電纜位于接收鉆孔內的一端上，所述接收裝置包括依次 電信號連接的信號接收天線、低噪聲放大器、混頻器、中頻放大器。
[0016] 進一步地，所述偽隨機擴頻電磁波層析成像儀還包括依次電信號連接的A/D轉換 器、FIFO存儲器、DMA控制器、RAM和SD卡，所述A/D轉換器分別與中頻放大器和數據處理 器連接，所述RAM和SD卡分別與數據處理器連接。
[0017] 在上述技術方案中，所述數據處理器還連接有人機界面。
[0018] 本實用新型能夠在發(fā)射能量、工作頻率及探測對象等條件基本相同的情況下，采 用偽隨機碼擴頻方式發(fā)射電磁波，提高接收信號的信噪比，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而加 大穿透距離，達到精確反演地下介質內部結構的目的，可廣泛應用于深部找礦及工程地質、 水文地質、地質災害防治等各勘探行業(yè)。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本實用新型偽隨機擴頻電磁波層析成像儀的結構示意圖。
[0020] 圖2為本實用新型偽隨機擴頻電磁波層析成像儀中各部件的連接關系示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0022] 如圖1所示，本實用新型偽隨機擴頻電磁波層析成像儀包括設于地面的主機1，主 機1包括數據處理器，數據處理器包括同步控制器、第一偽隨機序列產生器、解調器、信號 相關器、信號強度估計器。其中，解調器、信號相關器和信號強度估計器依次電信號連接，第 一偽隨機序列產生器分別與同步控制器和信號相關器連接。本實施例所用數據處理器為 DSP，DSP還連接有人機界面。
[0023] 本實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設于發(fā)射鉆孔10位于地面的井 口附近；第一井口滑輪3設于發(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1連接，另一端2. 2通過第一井口滑輪3置于發(fā)射 鉆孔10內，第一電纜2位于發(fā)射鉆孔11內的另一端2. 2上設有發(fā)射裝置5,發(fā)射裝置5包 括依次電信號連接的偽隨機序列產生器、調制器、功率放大器和信號發(fā)射天線。第二電纜絞 車7設于接收鉆孔11位于地面的井口附近；第二井口滑輪7設于接收鉆孔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1連接，另一 端8. 2通過第二井口滑輪7置于接收鉆孔11內，第二電纜8位于接收鉆孔11內的另一端 8. 2上設有接收裝置9,接收裝置9包括依次電信號連接的信號接收天線、低噪聲放大器、混 頻器、中頻放大器。
[0024] 本實用新型通過轉動第一井口滑輪3,從而拉動第一電纜2,第一電纜2帶動發(fā)射 裝置5在發(fā)射鉆孔10內上下自由移動；同理，通過轉動第二井口滑輪7,從而拉動第二電纜 8,第二電纜8帶動接收裝置9在發(fā)射鉆孔11內上下自由移動。
[0025] 所述整個系統(tǒng)裝置由主機1控制同步控制器通過第一電纜2和第二電纜8發(fā)送同 步命令，進行同步控制。
[0026] 本實用新型偽隨機擴頻電磁波層析成像儀的工作過程如下：
[0027] 由地面主機1控制產生的偽隨機信號經過電纜送到發(fā)射鉆孔10中發(fā)射裝置5中， 經過調制器和功率放大器后，由發(fā)射天線將偽隨機電磁波信號福射到地層中。在接收鉆孔 11中，由接收天線9將地層中的電磁波信號接收，由采樣系統(tǒng)采樣保持，經電纜輸送到地面 主機1中，進行解擴處理，得到電磁波強度估計值，通過CT成像軟件進行成像處理。發(fā)射鉆 孔10和接收鉆孔11兩孔中的工作由地面主機1實行同步控制。
[002引本實用新型中，偽隨機序列選取如下：
[0029] 利用偽隨機碼擴頻技術提高接收信號的信噪比，與偽隨機序列的碼長相關。一般 情況下，偽隨機序列長，接收信號的信噪比高，但測試速度降低。偽隨機碼序列的選取可根 據測試現場的信號強度選取合適的碼序列。
[0030] 調制方式與調制：
[0031] 偽隨機擴頻電磁波層析成像儀直接W偽隨機序列作為基帶信號，對載波進行2PSK 調制。
[0032] 本實用新型所用調制解調與相關器算法如下：
[0033] 接收天線收到的信號經過低噪聲放大器（LNA)放大，進入混頻器，生成中屯、頻率 為f。的中頻信號，然后由中頻放大器進行選頻放大，該信號通過高速AD進行模數轉換后存 入數據存儲器（RAM)。信號的解調與相關器由DSP通過軟件實現。
[0034] 設中頻信號為
[0035]
【主權項】
1. 一種偽隨機擴頻電磁波層析成像儀，其特征在于，包括： 地面主機，包括數據處理器，所述數據處理器包括同步控制器、第一偽隨機序列產生 器、解調器、信號相關器和信號強度估計器，所述解調器、信號相關器和信號強度估計器依 次電信號連接，所述第一偽隨機序列產生器分別與同步控制器和信號相關器連接； 第一電纜絞車，設于發(fā)射鉆孔附近； 第一井口滑輪，設于所述發(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連接，另一端通 過所述第一井口滑輪置于所述發(fā)射鉆孔內； 第二電纜絞車，設于接收鉆孔附近； 第二井口滑輪，設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連接，另一端通 過所述第二井口滑輪置于所述接收鉆孔內； 發(fā)射裝置，設于所述第一電纜位于發(fā)射鉆孔內的一端上，所述發(fā)射裝置包括依次電信 號連接的第二偽隨機序列產生器、調制器、功率放大器和信號發(fā)射天線； 接收裝置，設于所述第二電纜位于接收鉆孔內的一端上，所述接收裝置包括依次電信 號連接的信號接收天線、低噪聲放大器、混頻器、中頻放大器。
2. 根據權利要求1所述的偽隨機擴頻電磁波層析成像儀，其特征在于還包括依次電信 號連接的A/D轉換器、FIFO存儲器、DMA控制器、RAM和SD卡，所述A/D轉換器分別與中頻 放大器和數據處理器連接，所述RAM和SD卡分別與數據處理器連接。
3. 根據權利要求1所述的偽隨機擴頻電磁波層析成像儀，其特征在于；所述數據處理 器還連接有人機界面。
【專利摘要】本實用新型涉及一種偽隨機擴頻電磁波層析成像儀，該成像儀包括依次連接的偽隨機序列產生器、調制器、功率放大器和發(fā)射天線，以及依次連接的信號接收天線、解調器、信號相關器和信號強度估計器，所述信號相關器與所述偽隨機序列產生器連接，所述偽隨機序列產生器連接有同步控制器，所述同步控制器連接有數據處理主機，所述數據處理主機連接有人機界面。本實用新型能夠在發(fā)射能量、工作頻率及探測對象等條件基本相同的情況下，采用偽隨機碼擴頻技術既可使系統(tǒng)具有良好的抗干擾性，又可在一定程度上提升探測的穿透距離。
【IPC分類】G01V3-30
【公開號】CN204287509
【申請?zhí)枴緾N201420818232
【發(fā)明人】肖柏勛, 李太全, 劉玉, 曾浩, 金彥
【申請人】武漢市工程科學技術研究院
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月22日