[发明专利]一种弹性波透地信号的分集接收方法

说明书

技术领域

本发明涉及地质勘探与透地通信技术领域，特别涉及一种弹性波透地信号的分集接收方 法。

背景技术

在透地通信系统中，采用单频弹性波作为载波，将信息通过扩频调制波承载，用大地耦 合扬声器将已调波以P波的形式耦合到大地中。在接收端，发现较多频点接收信号与发射信号 的强度密切相关，同时，接收信号中不仅含有与发送端相同的P波分量，还有与发送信号密切 相关的S波和R波信号。查阅地震波传播的相关理论和地质勘探的相关理论，发现部分文献中 也有该现象的描述。虽然频率迁移和模式转换的机理还不清楚，但其对弹性波信号在大地中 传输特性影响是明显的。

弹性波在各向同性的弹性介质中有良好的传输特性，但是，实际的大地信道是复杂多变 的。介质中存在着不连续界面，而且构造相当复杂，弹性波在介质中的传播速度变化剧烈， 在多层介质、弯曲和倾斜界面以及在临界折射层中存在速度梯度，从而导致传递信息频率和 相位等参数的改变。

大地介质中，除了少数的各向同性弹性介质以外，还存在各向异性弹性介质、非均匀各 向同性弹性介质、黏弹性介质以及含流体孔隙的介质。对于那些由本身就是各向异性的晶体 或具有一定取向排列的各向同性矿物颗粒形成的岩石固体，由不同各向同性的薄互层组合而 成的水平或倾斜的沉积岩，以及存在着定向的应力和定向排列的垂直或倾斜裂隙所构成的岩 石固体，当它们的特征长度远小于弹性波波长时，在这类岩石中传播的弹性波便会表现为各 向异性。同时，部分大地介质的压电效应明显，部分薄地层的波导效应明显，部分特殊地质 结构具有弹性波谐振特性。据分析大地信道的压电效应、波导效应和谐振腔效应是该信道的 专属特性，是普通无线通信所不具备的，也是使弹性波产生频率迁移和传输模式转换的主要 原因。

移动通信系统中使用的分集技术是抗衰落的最有效措施之一。它利用接收信号在结构上 和统计特性上的不同特点来加以区分，并按照一定的规律进行集合与合并处理来实现抗衰落。 其中，频率分集(带内分集)利用不同频段的信号经衰落信道后在统计上的不相关特性，来实 现抗衰落的功能。实现时，将待发送的信息分别调制在相互间隔的不同频率的载波上发射。 基于扩频通信技术的地质勘探和透地通信系统所使用的低频弹性波正符合此条件。使用多径 分集的接收技术，能够利用多径信号的互不相关性，分集合并各径信息，从而抑制大地信道 的多径衰落，最终达到提高接收机的检测性能的目的。

短波通信和微波中继研究领域，采用空间分集方式，利用多个天线单元分集接收同一个 发射源信号，将多个天线接收的信号合成得到信号总接收功率的提升。该分集接收方法可以 有效地对抗大气介质的传播特性改变引起的衰落。

上述分集接收技术均没有考虑多模式信号和多迁移载波信号，本发明正是为了解决弹性 波多模多频分集接收问题的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弹性波透地信号的分集接收方法，该接收方法通过分集合并 多模信号和多迁移载波信号，有效抑制大地信道的多模衰落和频率迁移衰落。

本发明为实现上述目的，采用的技术解决方案是：

一种弹性波透地信号的分集接收方法，包括信道探测步骤和信息传输步骤；

信道探测步骤包括：

(1)选定频点和序列码，将探测信号基于该序列码和频点扩频调制到某一载波上，并对 载波信号进行放大；

(2)根据步骤(1)放大后的载波信号，由扬声器(弹性波发射天线)转化为弹性P波 耦合到大地信道进行传输；

(3)根据步骤(2)经过大地信道传播后的信号，分别用P波拾音器、SH波拾音器、SV 波拾音器和R波拾音器进行接收，把各拾音器得到的微弱弹性波信号转化为电信号；

(4)根据步骤(3)得到的四种电信号，由迁移频率点扫描模块通过改变本振频率的方 式，搜索各峰值功率点，并判断各峰值功率点与步骤(1)载波信号密切相关，从而判定本地 域大地信道的迁移频率点，将P波、SH波、SV波和R波的迁移频率点与步骤(1)载波信号 频点对应，作为信道参数记录在本地域信道参数库中；

(5)重复步骤(1)至(4)得到各种频点载波信号下P波、SH波、SV波和R波的迁移 频率点，建立了本地域信道参数库；

信息传输步骤包括：

①选定序列码，将待传输信息基于该序列码扩频调制到某一载波上，并对已调载波信号 进行放大；