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1、(10)申请公布号 CN 103323882 A (43)申请公布日 2013.09.25 CN 103323882 A *CN103323882A* (21)申请号 201310232871.1 (22)申请日 2013.06.13 G01V 3/08(2006.01) (71)申请人 中国石油大学 ( 北京 ) 地址 102249 北京市昌平区府学路 18 号 (72)发明人 梁志珊 杨建 刘剑 (74)专利代理机构 北京三友知识产权代理有限 公司 11127 代理人 郭智 (54) 发明名称 一种可控源混沌电磁发射机及其工作方法 (57) 摘要 本发明实施例提供一种可控源混沌电磁发射 机。
2、及其工作方法, 所述可控源混沌电磁发射机包 括 : 发电机, 用于产生电能以提供所述可控源混 沌电磁发射机的发射能量 ; 三相整流器, 用于将 电能由交流变为直流 ; DC-DC 变化单元, 用于对所 述三相整流器输出的直流进行稳流处理, 输出恒 定直流 ; 逆变桥路, 用于将所述恒定直流逆变成 矩形脉冲, 并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占 空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性 ; 发射 电极, 用于发射占空比具有 Lyapunov 指数已知的 混沌特性的所述矩形脉冲。本发明实施例达到了 如下的技术效果 : 减小了天然电磁场等带来的干 扰, 并且增加了 Lyapunov 指数等与地质。
3、相关的特 征参数, 在一定程度上使得地质勘探的预测结果 更加准确, 形成更加清晰准确的地质图像。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书9页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103323882 A CN 103323882 A *CN103323882A* 1/2 页 2 1. 一种可控源混沌电磁发射机, 其特征在于, 所述可控源混沌电磁发射机包括 : 发电机, 用于产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量 ; 三相整流器, 用于将电能由交流变为直流 ; DC-DC。
4、 变化单元, 用于对所述三相整流器输出的直流进行稳流处理, 输出恒定直流 ; 逆变桥路, 用于将所述恒定直流逆变成矩形脉冲, 并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的 占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性 ; 发射电极, 用于发射占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。 2. 如权利要求 1 所述可控源混沌电磁发射机, 其特征在于, 当所述发电机为船载发电 机时, 所述可控源混沌电磁发射机还包括 : 升压变压器, 位于水上单元, 用于连接所述发电机, 将所述发电机产生的电能进行升压 处理 ; 长输拖缆, 用于连接所述升压变压器, 将升压后的电能传输给降压变压器 ; 降。
5、压变压器, 位于水下单元, 用于连接所述长输拖缆, 将升压后的电能进行降压处理后 输送给所述三相整流器。 3. 如权利要求 1 所述可控源混沌电磁发射机, 其特征在于, 所述发射电极包括 : 发射电 极 A 和发射电极 B ; 所述发射电极 A 和所述发射电极 B 通过负载构成回路, 形成变化的电磁 场, 从而发射占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。 4. 如权利要求 1 所述可控源混沌电磁发射机, 其特征在于, 所述可控源混沌电磁发射 机还包括 : 控制器 ; 所述逆变桥路, 在将所述恒定直流逆变成矩形脉冲后, 在所述控制器的作用下使恒频 等幅的所述矩形脉冲的占空。
6、比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性。 5. 如权利要求 4 所述可控源混沌电磁发射机, 其特征在于, 所述可控源混沌电磁发射 机还包括 : 电流检测单元、 系统保护单元、 通信单元, 其中 : 所述电流检测单元, 连接于所述发射电极 B 和所述控制器之间, 用于进行电流检测 ; 所述系统保护单元, 连接所述控制器, 用于进行电流、 电压、 温度保护 ; 所述通信单元, 连接所述控制器, 用于进行通信。 6. 一种可控源混沌电磁发射机的工作方法, 其特征在于, 所述可控源混沌电磁发射机 的工作方法, 包括 : 利用发电机产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量 ; 利用三相整流。
7、器将电能由交流变为直流 ; 利用 DC-DC 变化单元对所述三相整流器输出的直流进行稳流处理, 输出恒定直流 ; 利用逆变桥路将所述恒定直流逆变成矩形脉冲, 并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占 空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性 ; 利用发射电极发射占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。 7. 如权利要求 6 所述可控源混沌电磁发射机的工作方法, 其特征在于, 当所述发电机 为船载发电机时, 所述可控源混沌电磁发射机的工作方法还包括 : 利用位于水上单元的升压变压器连接所述发电机, 将所述发电机产生的电能进行升压 处理 ; 利用长输拖缆连接所述升压变压器, 。
8、将升压后的电能传输给降压变压器 ; 权 利 要 求 书 CN 103323882 A 2 2/2 页 3 利用位于水下单元的降压变压器连接所述长输拖缆, 将升压后的电能进行降压处理后 输送给所述三相整流器。 8. 如权利要求 6 所述可控源混沌电磁发射机的工作方法, 其特征在于, 所述发射电极 包括 : 发射电极 A 和发射电极 B ; 所述利用发射电极发射占空比具有 Lyapunov 指数已知的 混沌特性的所述矩形脉冲, 包括 : 利用所述发射电极A和所述发射电极B通过负载构成回路, 形成变化的电磁场, 从而发 射占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。 9. 如权利。
9、要求 6 所述可控源混沌电磁发射机的工作方法, 其特征在于, 所述可控源混 沌电磁发射机还包括 : 控制器 ; 所述利用逆变桥路将所述恒定直流逆变成矩形脉冲, 并且 使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性, 包括 : 利用逆变桥路在将所述恒定直流逆变成矩形脉冲后, 在所述控制器的作用下使恒频等 幅的所述矩形脉冲的占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性。 10. 如权利要求 9 所述可控源混沌电磁发射机的工作方法, 其特征在于, 所述可控源混 沌电磁发射机还包括 : 电流检测单元、 系统保护单元、 通信单元, 所述可控源混沌电磁发射 机的工作方法还包。
10、括 : 利用所述电流检测单元连接于所述发射电极 B 和所述控制器之间, 进行电流检测 ; 利用所述系统保护单元连接所述控制器, 进行电流、 电压、 温度保护 ; 利用所述通信单元连接所述控制器, 进行通信。 权 利 要 求 书 CN 103323882 A 3 1/9 页 4 一种可控源混沌电磁发射机及其工作方法 技术领域 0001 本发明涉及电磁勘探技术领域, 尤其涉及一种可控源混沌电磁发射机及其工作方 法。 背景技术 0002 在早期地震勘探中, 对地震勘探信号的数据解释分析主要以线性方法为主。随着 地震数据解释技术的发展, 对地质结构复杂度的认识也越来越深, 数据解释方法也从最开 始的线。
11、性方法分析, 发展到了非线性方法分析, 并且研究发现采集到的地震信号具有明显 的混沌特性, 其中一些混沌特性参数如 Lyapunov 指数, 关联维数等在数据解释中起到了非 常重要的作用。但地震勘探的激发源主要有爆炸震源和非爆炸震源两种, 两种激发源的参 数并无明显的混沌特征, 而采集到的地震信号具有明显的混沌特性, 这种由非混沌到混沌 的变化, 可以推断, 由于地壳结构的复杂性, 使地震信号的传播不规则, 导致地震信号中产 生混沌特性。 也可以说, 由于地震道的混沌时间序列特性使得地震信号具有混沌特性。 在研 究中发现地震信号中的混沌特性参数, 如 Lyapunov 指数、 关联维等特征参数。
12、与地质结构直 接有关, 同时这些参数不受或很少受其它因数的影响, 可详细地指示储层内部结构的变化。 在此基础上, 结合其他地质特征参数进行综合分析, 可以提高地震勘探的准确性。但是, 地 震资料可提供反映地质构造位置和形态的构造图, 却并不能反映地质成分的性质, 比如对 油气水的区别, 这是地震勘探的一个不足。 0003 大地电磁法 (Magnetotelluric Method) 简称 MT 法, 是一种研究地下地质成分的 电导率分布的一种电磁勘探方法。天然电磁场使地球产生感应电磁场, MT 法通过采集分析 这种感应电磁场, 来预测地下地质成分的电导率情况。在复杂的地质结构中所含地质成分 不。
13、同, 呈现电导率特性也不同, 同时电磁波在不同电导率物体中传递衰减程度也不一样, 因 此电磁勘探法可以辨识地质成分的特性, 分辨地质成分中是油、 气, 还是水, 提高油气勘探 成功率。严家斌、 李丽清等人在 MT 法的研究中, 发现并验证了大地电磁信号具有混沌特性。 MT 法的源信号来自于天然电磁场。在进行地质勘探时, 接收机的采集信号可能直接来源于 天然电磁场的电磁信号, 也可能源于经过大地中介质传递或反射来的电磁信号等, 这导致 勘探方位不明确。而且, 由于天然电磁场的混沌性质不明确, 导致 MT 法的源信号的混沌性 质也不明确, 在勘探中, 无法作为一个已知的混沌参量进行使用。最关键的是。
14、, MT 法中的天 然场源信号太弱, 对于 MT 法来说, 是一个不可弥补的缺憾。 0004 可控源电磁法通过控制电磁场源信号的强度、 频率等一系列参数, 以及发射、 接收 装备的位置, 可以实现对不同的目标进行电磁勘探。可控源电磁法主要分为时域方式和频 域方式。无论可控源频率域或时间域方式, 在勘探过程中弥补了 MT 法天然场源信号太弱的 缺憾, 同时由于发射装置与接收装置位置可以人为给定, 勘探的方位也可以明确。 但其在勘 探过程中, 接收信号仍然受到具有混沌特性的天然电磁场等的干扰, 目前尚无有效地方法 将其滤掉, 这就导致接收信号中具有混沌特性的电磁噪声, 对电磁勘探的进行产生一定影 。
15、响。 说 明 书 CN 103323882 A 4 2/9 页 5 发明内容 0005 本发明实施例提供一种可控源混沌电磁发射机及其工作方法, 以减小天然电磁场 等带来的干扰, 在一定程度上使得地质勘探的预测结果更加准确。 0006 一方面, 本发明实施例提供了一种可控源混沌电磁发射机, 所述可控源混沌电磁 发射机包括 : 0007 发电机, 用于产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量 ; 0008 三相整流器, 用于将电能由交流变为直流 ; 0009 DC-DC 变化单元, 用于对所述三相整流器输出的直流进行稳流处理, 输出恒定直 流 ; 0010 逆变桥路, 用于将所述恒定直流逆。
16、变成矩形脉冲, 并且使恒频等幅的所述矩形脉 冲的占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性 ; 0011 发射电极, 用于发射占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。 0012 优选的, 在本发明一实施例中, 当所述发电机为船载发电机时, 所述可控源混沌电 磁发射机还包括 : 升压变压器, 位于水上单元, 用于连接所述发电机, 将所述发电机产生的 电能进行升压处理 ; 长输拖缆, 用于连接所述升压变压器, 将升压后的电能传输给降压变压 器 ; 降压变压器, 位于水下单元, 用于连接所述长输拖缆, 将升压后的电能进行降压处理后 输送给所述三相整流器。 0013 优选。
17、的, 在本发明一实施例中, 所述发射电极包括 : 发射电极A和发射电极B ; 所述 发射电极A和所述发射电极B通过负载构成回路, 形成变化的电磁场, 从而发射占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。 0014 优选的, 在本发明一实施例中, 所述可控源混沌电磁发射机还包括 : 控制器 ; 所述 逆变桥路, 在将所述恒定直流逆变成矩形脉冲后, 在所述控制器的作用下使恒频等幅的所 述矩形脉冲的占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性。 0015 优选的, 在本发明一实施例中, 所述可控源混沌电磁发射机还包括 : 电流检测单 元、 系统保护单元、 通信单元, 其中 :。
18、 所述电流检测单元, 连接于所述发射电极 B 和所述控制 器之间, 用于进行电流检测 ; 所述系统保护单元, 连接所述控制器, 用于进行电流、 电压、 温 度保护 ; 所述通信单元, 连接所述控制器, 用于进行通信。 0016 另一方面, 本发明实施例提供了一种可控源混沌电磁发射机的工作方法, 所述可 控源混沌电磁发射机的工作方法, 包括 : 0017 利用发电机产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量 ; 0018 利用三相整流器将电能由交流变为直流 ; 0019 利用 DC-DC 变化单元对所述三相整流器输出的直流进行稳流处理, 输出恒定直 流 ; 0020 利用逆变桥路将所述恒定。
19、直流逆变成矩形脉冲, 并且使恒频等幅的所述矩形脉冲 的占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性 ; 0021 利用发射电极发射占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。 0022 优选的, 在本发明一实施例中, 当所述发电机为船载发电机时, 所述可控源混沌电 磁发射机的工作方法还包括 : 利用位于水上单元的升压变压器连接所述发电机, 将所述发 说 明 书 CN 103323882 A 5 3/9 页 6 电机产生的电能进行升压处理 ; 利用长输拖缆连接所述升压变压器, 将升压后的电能传输 给降压变压器 ; 利用位于水下单元的降压变压器连接所述长输拖缆, 将升压后的。
20、电能进行 降压处理后输送给所述三相整流器。 0023 优选的, 在本发明一实施例中, 所述发射电极包括 : 发射电极A和发射电极B ; 所述 利用发射电极发射占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲, 包括 : 利用 所述发射电极A和所述发射电极B通过负载构成回路, 形成变化的电磁场, 从而发射占空比 具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。 0024 优选的, 在本发明一实施例中, 所述可控源混沌电磁发射机还包括 : 控制器 ; 所述 利用逆变桥路将所述恒定直流逆变成矩形脉冲, 并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比 具有 Lyapunov 指数已知的混。
21、沌特性, 包括 : 利用逆变桥路在将所述恒定直流逆变成矩形脉 冲后, 在所述控制器的作用下使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有 Lyapunov 指数已 知的混沌特性。 0025 优选的, 在本发明一实施例中, 所述可控源混沌电磁发射机还包括 : 电流检测单 元、 系统保护单元、 通信单元, 所述可控源混沌电磁发射机的工作方法还包括 : 利用所述电 流检测单元连接于所述发射电极 B 和所述控制器之间, 进行电流检测 ; 利用所述系统保护 单元连接所述控制器, 进行电流、 电压、 温度保护 ; 利用所述通信单元连接所述控制器, 进行 通信。 0026 上述技术方案具有如下有益效果 : 因为采用所。
22、述可控源混沌电磁发射机包括 : 发 电机, 用于产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量 ; 三相整流器, 用于将 电能由交流变为直流 ; DC-DC 变化单元, 用于对所述三相整流器输出的直流进行稳流处理, 输出恒定直流 ; 逆变桥路, 用于将所述恒定直流逆变成矩形脉冲, 并且使恒频等幅的所述 矩形脉冲的占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性 ; 发射电极, 用于发射占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲的技术手段, 所以达到了如下的技术效果 : 减小了天然电磁场等带来的干扰, 并且增加了 Lyapunov 指数等与地质相关的特征参数, 在 一定程度。
23、上使得地质勘探的预测结果更加准确, 形成更加清晰准确的地质图像。 附图说明 0027 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案, 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍, 显而易见地, 下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例, 对于本领域普通技术人员来讲, 在不付出创造性劳动的前提下, 还可以 根据这些附图获得其他的附图。 0028 图 1 为本发明实施例一种可控源混沌电磁发射机结构示意图 ; 0029 图 2 为本发明实施例另一种可控源混沌电磁发射机结构示意图 ; 0030 图 3 为本发明实施例一种可控源混沌电磁发射机的工作方法流程图 ; 0031 图 。
24、4 为本发明应用实例可控源混沌电磁发射信号混沌化的实现方法示意图 ; 0032 图 5 为本发明应用实例获取 Lyapunov 可控的初始混沌时间序列的方法示意图 ; 0033 图 6 为本发明应用实例混沌时间序列线性变换示意图 ; 0034 图 7 为本发明应用实例可控源混沌电磁发射机的系统结构示意图 ; 0035 图 8 为本发明应用实例发射机的电气原理图 ; 说 明 书 CN 103323882 A 6 4/9 页 7 0036 图 9 为本发明应用实例初始混沌时间序列示意图 ; 0037 图 10 为本发明应用实例电流混沌时间序列示意图 ; 0038 图 11 为本发明应用实例占空比混。
25、沌时间序列示意图 ; 0039 图 12 为本发明应用实例相关混沌时间序列的局部示意图。 具体实施方式 0040 下面将结合本发明实施例中的附图, 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述, 显然, 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例, 而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例, 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例, 都属于本发明保护的范围。 0041 如图 1 所示, 为本发明实施例一种可控源混沌电磁发射机结构示意图, 所述可控 源混沌电磁发射机包括 : 0042 发电机 11, 用于产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量 ; 00。
26、43 三相整流器 12, 用于将电能由交流变为直流 ; 0044 DC-DC 变化单元 13, 用于对所述三相整流器 12 输出的直流进行稳流处理, 输出恒 定直流 ; 0045 逆变桥路 14, 用于将所述恒定直流逆变成矩形脉冲, 并且使恒频等幅的所述矩形 脉冲的占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性 ; 0046 发射电极 15, 用于发射占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性的所述矩形脉 冲。 0047 如图 2 所示, 为本发明实施例另一种可控源混沌电磁发射机结构示意图, 优选的, 当所述发电机 11 为船载发电机时, 所述可控源混沌电磁发射机还包括 : 升压变压器。
27、 16, 位 于水上单元, 用于连接所述发电机 11, 将所述发电机 11 产生的电能进行升压处理 ; 长输拖 缆17, 用于连接所述升压变压器16, 将升压后的电能传输给降压变压器18 ; 降压变压器18, 位于水下单元, 用于连接所述长输拖缆 17, 将升压后的电能进行降压处理后输送给所述三 相整流器 12。 0048 优选的, 所述发射电极包括 : 发射电极 A151 和发射电极 B152 ; 所述发射电极 A151 和所述发射电极 B152 通过负载构成回路, 形成变化的电磁场, 从而发射占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲。 0049 优选的, 所述可控源混。
28、沌电磁发射机还包括 : 控制器 19 ; 所述逆变桥路 14, 在将所 述恒定直流逆变成矩形脉冲后, 在所述控制器 19 的作用下通过逆变驱动 23 使恒频等幅的 所述矩形脉冲的占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性。 0050 优选的, 所述可控源混沌电磁发射机还包括 : 电流检测单元 20、 系统保护单元 21、 通信单元 22, 其中 : 所述电流检测单元 20, 连接于所述发射电极 B152 和所述控制器 19 之 间, 用于进行电流检测 ; 所述系统保护单元 21, 连接所述控制器 19, 用于进行电流、 电压、 温 度保护 ; 所述通信单元 22, 连接所述控制器, 用于。
29、进行通信。 0051 如图 3 所示, 为本发明实施例一种可控源混沌电磁发射机的工作方法流程图, 所 述可控源混沌电磁发射机的工作方法, 包括 : 0052 301、 利用发电机产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量 ; 说 明 书 CN 103323882 A 7 5/9 页 8 0053 302、 利用三相整流器将电能由交流变为直流 ; 0054 303、 利用 DC-DC 变化单元对所述三相整流器输出的直流进行稳流处理, 输出恒定 直流 ; 0055 304、 利用逆变桥路将所述恒定直流逆变成矩形脉冲, 并且使恒频等幅的所述矩形 脉冲的占空比具有 Lyapunov 指数已知的混。
30、沌特性 ; 0056 305、 利用发射电极发射占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性的所述矩形脉 冲。 0057 优选的, 当所述发电机为船载发电机时, 所述可控源混沌电磁发射机的工作方法 还包括 : 利用位于水上单元的升压变压器连接所述发电机, 将所述发电机产生的电能进行 升压处理 ; 利用长输拖缆连接所述升压变压器, 将升压后的电能传输给降压变压器 ; 利用 位于水下单元的降压变压器连接所述长输拖缆, 将升压后的电能进行降压处理后输送给所 述三相整流器。 0058 优选的, 所述发射电极包括 : 发射电极 A 和发射电极 B ; 所述利用发射电极发射占 空比具有 Lyapuno。
31、v 指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲, 包括 : 利用所述发射电极 A 和所 述发射电极 B 通过负载构成回路, 形成变化的电磁场, 从而发射占空比具有 Lyapunov 指数 已知的混沌特性的所述矩形脉冲。 0059 优选的, 所述可控源混沌电磁发射机还包括 : 控制器 ; 所述利用逆变桥路将所述 恒定直流逆变成矩形脉冲, 并且使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有 Lyapunov 指数 已知的混沌特性, 包括 : 利用逆变桥路在将所述恒定直流逆变成矩形脉冲后, 在所述控制器 的作用下使恒频等幅的所述矩形脉冲的占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性。 0060 优选的, 所述可控源。
32、混沌电磁发射机还包括 : 电流检测单元、 系统保护单元、 通信 单元, 所述可控源混沌电磁发射机的工作方法还包括 : 利用所述电流检测单元连接于所述 发射电极 B 和所述控制器之间, 进行电流检测 ; 利用所述系统保护单元连接所述控制器, 进 行电流、 电压、 温度保护 ; 利用所述通信单元连接所述控制器, 进行通信。 0061 本发明实施例上述技术方案具有如下有益效果 : 因为采用所述可控源混沌电磁发 射机包括 : 发电机, 用于产生电能以提供所述可控源混沌电磁发射机的发射能量 ; 三相整 流器, 用于将电能由交流变为直流 ; DC-DC 变化单元, 用于对所述三相整流器输出的直流进 行稳流。
33、处理, 输出恒定直流 ; 逆变桥路, 用于将所述恒定直流逆变成矩形脉冲, 并且使恒频 等幅的所述矩形脉冲的占空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性 ; 发射电极, 用于发射占 空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性的所述矩形脉冲的技术手段, 所以达到了如下的 技术效果 : 减小了天然电磁场等带来的干扰, 并且增加了 Lyapunov 指数等与地质相关的特 征参数, 在一定程度上使得地质勘探的预测结果更加准确, 形成更加清晰准确的地质图像。 0062 以下举应用实例进行详细说明 : 0063 针对地震法中只能描绘地质构造位置和形态而无法描述地质成分, MT 法中信号太 弱、 勘探。
34、方位不清等以及可控源电磁法中的接受电磁信号易受到具有混沌特性的天然电磁 场等的干扰等缺欠, 提出一种可控源混沌电磁发射机。可控源混沌电磁发射机可以发射一 种具有混沌特性的能量脉冲, 并且混沌特性中的 Lyapunov 指数已知。这种能量脉冲经过地 下复杂地质中的多种不同电性物质的传递后, 接收机一方可以接收到具有混沌特性的电磁 信号, 这种混沌电磁信号中的 Lyapunov 指数明显, 可以减小天然电磁场等具有混沌特性的 说 明 书 CN 103323882 A 8 6/9 页 9 电磁噪声带来的干扰。同时, 在保留传统电磁法中测量的反映地质阻抗的相关特征参数的 基础上, 增加了源信号中具有已。
35、知 Lyapunov 指数的混沌特性参量, 还能继承可控源电磁法 中信号强、 位置可控的优势。由于减小了天然电磁场等带来的干扰, 并且增加了 Lyapunov 指数等与地质相关的特征参数, 在一定程度上使得地质勘探的预测结果更加准确, 形成更 加清晰准确的地质图像。 0064 可控源混沌电磁发射机的工作原理, 参照图 2 所示 : 利用船载发电机产生发射机 工作所需的电能。 为了减小在长距离传输中的损耗, 首先通过升压变压器升压处理, 到达发 射地点后, 再进行降压处理, 转换为设备可利用的低压。 传到海底的电能通过三相整流器进 行整流后, 再由 DC-DC 变换单元进行处理, 经滤波、 稳流。
36、后, 输出恒定的直流电流。最后通过 对逆变桥路进行混沌控制, 最终完成混沌电磁脉冲信号的发射。 0065 发射信号混沌化的原理以及实现方法 : 理论上有两种方式可以使发射信号具有混 沌特性。一种是, 使发射信号频率具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性, 发射信号的幅值保 持恒定 ; 另一种方式是, 使发射信号的幅值具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性, 信号频率 保持恒定。考虑到发射机与接收机配合工作以及数据解释方面的因素, 本发明根据面积等 效原理以及线性变换理论, 通过实现发射信号中等幅脉冲的占空比具有 Lyapunov 指数已 知的混沌特性, 等效实现发射信号的幅值具有 Ly。
37、apunov 指数已知的混沌特性。这样, 发射 信号中就具有了已知Lyapunov指数的混沌特性。 Lyapunov指数可以表征系统的混沌程度, 进而可以间接表征地质结构以及成分的复杂程度。 Lyapunov指数将成为地质勘探的数据解 释中一个新的已知参数。 0066 如图 4 所示, 为本发明应用实例可控源混沌电磁发射信号混沌化的实现方法示意 图, 可控源混沌电磁发射信号混沌化的实现步骤如下 : 0067 401、 确定发射信号的混沌特性以及等效后的发射电流范围 ; 0068 根据实际情况, 选择区别于天然电磁场混沌程度的 Lyapunov 指数。 0069 对于等效后的发射电流范围, 既保。
38、证具有混沌特性的等效电流信号幅值小于实 际装备的发射电流峰值, 又要保证发射信号的能量经过地质中的复杂方式传递后, 信号衰 减的程度仍然在接收机的检测范围内, 所以等效电流信号的幅值要在一定的范围内。假定 发射机的电流峰值为If, 规定Imax为发射电流最大值, Imin为发射电流最小值, 最大值应小于 实际峰值 If, If要根据实际收发距而定。 0070 最终确定等效后的发射电流设定在 Imax与 Imin之间, Lyapunov 指数设定为 L。 0071 402、 求取已知 Lyapunov 指数的初始混沌时间序列 ; 0072 如图5所示, 为本发明应用实例获取Lyapunov可控的。
39、初始混沌时间序列的方法示 意图, 包括 : 0073 501、 建立目标动力系统方程 0074 yk+1 fk(yk) (1) 0075 式中, y0为给定初值, yk Rn为系统的状态, fk为一定范围内连续可微的向量映 射, k 0,1,2。 0076 502、 设计精确配置 Lyapunov 指数的混沌控制器 uk 0077 设计反馈控制器, 其形式为 0078 uk Ckykmod()-fk(yk)mod() (2) 说 明 书 CN 103323882 A 9 7/9 页 10 0079 其中 为一正实数, 则显然 uk 。Ck Rnn为对角阵, Li 为预设的一组 Lyapunov。
40、 指数。 0080 0081 那么受控系统为 0082 yk+1 fk(yk)+uk (4) 0083 503、 由式 (2) 、(3) 、(4) 确定受控系统方程为 0084 yk+1 fk(yk)+Ckykmod()-fk(yk)mod() (5) 0085 504、 还要保证系统的控制器的增益矩阵一致有界, 即其中 M 为 一常数, | | 为谱范数。合理设定全局受限系数 , 使 uk , 可满足此条件。 0086 505、 通过引入控制器中合适的反馈矩阵 Ck, 并且严格控制其中对角元素的形式, 可以将 n 维非线性离散动力系统的全部 Lyapunov 指数配置为一组任意给定的值, 即。
41、实现 Lyapunov 指数可控。在这里, 设定控制器中全局受限系数 以及 Ck的对角元素中的值, 产生目标混沌时间序列 S, 使全局受限在 0-1 之间, 且 Lyapunov 指数为已知常数 L。 0087 403、 根据初始混沌时间序列, 确定发射电流的离散混沌时间序列 ; 0088 如图 6 所示, 为本发明应用实例混沌时间序列线性变换示意图。依据线性变换相 似性理论, 对初始混沌时间序列S进行如图6的线性变换, 获得发射电流的离散混沌时间序 列 I。 0089 I Imin+(Imax-Imin)*S (6) 0090 变换之后, 离散电流混沌时间序列即保留初始混沌时间序列 S 的 。
42、Lyapunov 指数, 又使其全局受限在 Imax与 Imin之间。 0091 404、 根据面积等效原理, 确定恒频等幅脉冲的占空比混沌时间序列 ; 0092 根据面积等效原理, 将电流的混沌时间序列 I 与实际最大值 If 进行比值运算, 计 算可得占空比混沌时间序列 D。 0093 0094 占空比混沌时间序列 D 将作为发射电流脉冲的占空比, 与电流混沌时间序列具有 相同的 Lyapunov 指数等混沌性质。 0095 405、 根据占空比混沌时间序列设置驱动, 完成混沌电磁信号发射。 0096 按照勘探目标深度对应的频率以及等幅能量脉冲的占空比混沌时间序列, 设定逆 变桥路的驱动,。
43、 完成可控源混沌电磁信号的发射。 0097 如图 7 所示, 为本发明应用实例可控源混沌电磁发射机的系统结构示意图。可控 源混沌电磁发射机的系统结构按功能划分, 可分为水上单元 : 船载发电机、 升降压变压器、 长输拖缆 ; 水下单元 : 三相整流器、 DC-DC 变换单元、 逆变发射单元、 发射电极 A、 发射电极 B 等。辅助单元 (图 7 未示) 包括 : 控制单元、 逆变驱动、 电流检测单元、 系统保护单元 (电流、 电压、 温度等保护单元) 、 通信单元等。 说 明 书 CN 103323882 A 10 8/9 页 11 0098 如图 8 所示, 为本发明应用实例发射机的电气原理。
44、图。在发射机中, 船载发电机的 主要功能是提供勘探时所需的发射能量, 发电机的功率需要满足发射机发射功率的需求, 此外, 选型时还需注意工作环境对发电机的要求。升降压变压器的主要功能是对电压等级 进行变换, 以满足水下单元的需求。先升压后降压的方式可以减小发射机工作时电能在长 输拖缆上的电流值, 从而减小传输过程中的损耗。长输拖缆的功能是满足在特殊勘探环境 下的电能传输, 比如深海的油气勘探。水下稳流单元的主要功能是通过三相整流器将电能 由交流变为直流, 再通过 DC-DC 变换单元控制, 实现发射电流的恒定。逆变桥路的功能是将 恒定直流逆变成矩形脉冲, 并且在控制器的作用下使恒频等幅脉冲的占。
45、空比具有 Lyapunov 指数已知的混沌特性。 发射电极是发射信号的直接发射端, 交变电流通过负载构成回路, 形 成变化的电磁场, 最终完成电磁能量的发射。 0099 可控源混沌电磁发射机中的相关混沌时间序列 : 根据前文中的实现步骤, 运用 Matlab 进行发射波形的仿真分析, 得到相应的混沌时间序列, 其中给定 Lyapunov 指数为 1.5。运用海军工程技术大学的 chaostoolbox, 对 Lyapunov 指数的进行计算验证。 0100 如图 9 所示, 为本发明应用实例初始混沌时间序列示意图, 由程序实现的混沌控 制器产生, 经计算验证其 Lyapunov 指数为 1.5。
46、, 全局受限范围为 0 1。 0101 如图 10 所示, 为本发明应用实例电流混沌时间序列示意图, 由初始混沌时间序列 进行线性变换后得到 I Imin+(Imax-Imin)*S, 经计算验证其 Lyapunov 指数为 1.5, 全局受限 范围为 40 80。 0102 如图 11 所示, 为本发明应用实例占空比混沌时间序列示意图, 为发射脉冲的占空 比, 占空比的大小由电流混沌时间序列根据面积等效原理变换后所得, 即占空比混沌时间 序列, 经计算验证其 Lyapunov 指数仍为 1.5, 全局受限范围为 0.4 0.8。 0103 如图 12 所示, 为本发明应用实例相关混沌时间序列。
47、的局部示意图, 为初始、 电流、 占空比混沌时间序列图的局部图, Lyapunov 指数均为 1.5, 且均全局受限。通过一系列变换 后, 可知占空比混沌时间序列与给定的初始时间序列 S 具有相 同的混沌特性, 最终实现可控源混沌电磁发射机的发射信号具有 Lyapunov 指数已知的混 沌特性。 0104 本发明应用实例减小了天然电磁场等带来的干扰, 并且增加了 Lyapunov 指数等 与地质相关的特征参数, 在一定程度上使得地质勘探的预测结果更加准确, 形成更加清晰 准确的地质图像。 0105 本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块 (illustrative log。
48、ical block) , 单元, 和步骤可以通过电子硬件、 电脑软件, 或两者的结 合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性 (interchangeability) , 上述的各种说明 性部件 (illustrative components) , 单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。 这样的功 能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。 本领域技术人员 可以对于每种特定的应用, 可以使用各种方法实现所述的功能, 但这种实现不应被理解为 超出本发明实施例保护的范围。 0106 本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块, 或单元都可以通过通用处理器, 数字信号处理器。
49、, 专用集成电路 (ASIC) , 现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置, 离散门 说 明 书 CN 103323882 A 11 9/9 页 12 或晶体管逻辑, 离散硬件部件, 或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。 通用处 理器可以为微处理器, 可选地, 该通用处理器也可以为任何传统的处理器、 控制器、 微控制 器或状态机。 处理器也可以通过计算装置的组合来实现, 例如数字信号处理器和微处理器, 多个微处理器, 一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核, 或任何其它类似的配置 来实现。 0107 本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、 处理器执行的软 件模块、 或者这两者的结合。软件模块可以存储于 RAM 存储器、 闪存、 ROM 存储器、 。