M序列在电磁勘探中的应用浅析

■　李晗瑜

（长江大学地球物理与石油资源学院地物11201班湖北武汉430100）

M序列在电磁勘探中的应用浅析

■李晗瑜

（长江大学地球物理与石油资源学院地物11201班湖北武汉430100）

由于各种各样的电磁干扰存在，电法勘探需要新的技术来提高勘探的抗干扰能力与效率。编码信号能够提高信噪比，明显地提高地球物理数据的抗干扰能力和测量精度，从而达到我们的目的。目前编码信号中应用最广的是伪随机序列中的M序列，在电磁瞬变信号中，使用二进制伪随机序列编码当做激励源能够得到比较不错的信噪比，具有较强的抗干扰能力的同时还可实现大深度、小能量的精细探测。本文从伪随机序列出发，选择了其中的一种重要的序列-m序列为基础来讨论编码在电法勘探中优良的抗干扰性能。

电磁勘探编码m序列电阻率

1　引言

在地球物理学中，电法勘探起着重要的作用。在电法勘探中,不管是采用正弦波还是矩形波作为人工场源，都会面临两大难题:一是信号信噪比较低，要求系统必须有较强的抗干扰能力；二是为了提高信噪比，必须加大发射机的输出功率，这又势必使发射机变得笨重，为工作带来很多不便。为此通常采用编码信号来进行处理，伪随机序列中的M序列是目前被广泛应用的一种伪随机序列，由于M序列具有频带宽，能量谱密度低和类似白噪声良好的自相关特性等优点，所以将序列应用到电法勘探中将会是下一步研究工作的热点。

2　M序列电阻率辨识理论

2.1m序列及其性质

m序列又叫做伪随机序列或者伪随机码。m序列作为一种伪随机序列目前应用非常广泛,如扩频通信,在卫星通信中运用CDMA技术,数字数据中的加密等。CDMA系统一般采用两种长度的m序列:一类为周期是215-1的m序列,这种序列还称作短PN码序列;另一类为周期是242-1的m序列,这种序列还称作长PN码序列。

有关特性以反馈系数为(45)8的5级m序列1000010010110011111000110111010为例进行验证。m序列具有以下性质：

2.1.1均衡性

1的数目比0的数目多一个。该性质可由m序列1000010010110011111000110111010看出:总共有16个1和15个0。

2.1.2游程分布

游程元素的个数叫作游程长度。

长度为1的游程数目为8，其中4个1游程和4个0游程；长度为2的游程数目为4,2个11游程,2个00游程；长度为3的游程数目为2,1个111游程,1个000游程；长度为4的连0游程数目为1；长度为5的连1游程数目为1。

2.1.3移位相加特性

某个m序列m1与它经任一延迟移位生成的另一m序列m2 模2相加，所得到m3仍旧为m1的某一延迟移位m序列，也就是

2.2基于m序列的电阻率辨识原理

编码测试的原理是建立一个测试激励，即输入编码信号x(t),测试激励经过被测物体之后，其输出信号为y(t)，此时也为编码信号,再对输入输出信号作一些运算得到互相相关函数Rxy,分析Rxy从而获得被测参数,测试原理图如图2-8。

图2-8　编码测试原理

在这里，测量的对象是大地,当编码信号选择m序列为伪随机信号时,因为m序列的自相关特性良好,且和干扰信号n(t)的相关函数几乎为零,所以关于响应信息，互相关函数Rxy中含有的只是大地对于m序列激励信号的响应,干扰信号的不良影响很大程度减少,如果更深的研究函数Rxy，还能够获得电阻率信息。

2.3抗干扰能力分析

以m序列为基础的电阻率辨识原理，经过计算得到输入与输出信号的互相关函数Rxy，然后通过研究Rxy的频谱，可以得知电阻率信息,m序列的抗干扰能力一般由互相关函数通过计算得知,由m序列的自相关特性,且干扰信号与m序列的相关函数几乎是零,此时互相关函数Rxy含有的只有有用信息,干扰对结果的不利影响很大程度上被减小。

（1）直流干扰。在频谱分析时，考虑f=0的频谱信息可以抛开不考虑,只是分析其他频谱信息,即可以完全除掉直流干扰的影响。（2）工频干扰。如果在采用逆重复m序列的情况下，工频干扰能够得到绝大部分的消除。（3）随机噪声干扰。随机噪声干扰的特性是具有随机性,且具有较好的相关特性。对m序列来说,其能够符合伪随机序列的标准,拥有相当不错的相关特性,因此在电磁勘探中利用m序列作为发射信号，并不能百分之百的消除随机噪声的干扰,只能利用m序列的相关特性，能够在一定程度上压制噪声,使在某种程度上降低对辨识结果的不良影响。

3　结论

（1）通过国内外文献的调研可知，目前在M序列的应用上主要是通信、工业检测,在地球物理电法勘探应用领域较少，在这个领域存在着广阔的开发空间和无限的可能性。所以，如果能将M序列这一伪随机信号熟练的应用于电法勘探领域,，并好好的利用编码的抗干扰的特性,将具有相当大的实际价值。

（2）如果在电法勘探中运用编码技术，将能得到很好的效果，如果选取了恰到好处的编码,提高信噪比，这样能够很明显的提高地球物理数据的抗干扰能力和测量精度，在信噪比较低的情况下而电阻率仍保持较好的辨识效果和测量精度。

（3）在编码众多信号中，本文仅仅以m序列为研究对象,用此来说明编码在电法勘探上应用可行性以及在应用所体现的优良性能,而并没有对很多其他的编码来作更多的探讨，从这点出发,还可以更进一步的对更多的编码来进行探讨和研究。

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P631.3[文献码]B

1000-405X（2016）-3-152-2

李晗瑜（1994～），女，研究方向为固体地球物理。