[发明专利]地空频率域电磁法可控频率源探测信号脉宽调制方法

说明书

本发明涉及一种地空频率域电磁法可控频率源探测信号脉宽调制方法，该方法如下：根据勘探深度范围确定发射电流主频的频带范围；结合勘探时对纵向分辨率的要求确定频域发射电流谱；根据能量守恒定律确定频域发射电流主频的幅值；将双极性SHEPWM波信号作为可控频率源探测信号，建立地空频率域电磁法SHEPWM可控频率源的非线性方程组并求解，得到的双极性SHEPWM波信号的开关角度。本发明除主频率个数及分布可自定义外，还可以设置主频能量，从根本上解决频率电磁法发射电流频域信息可控的问题，由期望的频域信息推导出对应的时刻序列，提高地空频率域电磁勘探纵向分辨率。

技术领域

本发明涉及一种SHEPWM可控频率源探测信号发射系统，特别涉及一种用于地空频率域地球物理勘探的SHEPWM可控频率源探测信号脉宽调制方法。

背景技术

地空电磁探测(Frequency Domain Semi-Airborne ElectromagneticExploration，FSAEM)方法，近似机载版本的地面可控源音频电磁(Controlled SourceAudio-Frequency Electromagnetic Method，CSAMT)方法。采用地面发射、空中接收的方式，融合地面电磁方法和航空电磁方法的优势，可以在地面人员难以进入的区域进行探测。这种新方法在调查复杂地形时有绝对的优势，具有观测面积大、数据采集速度快、效率高、探测深等特点。因此在丛林、沼泽、海岸沙滩、崎岖山脉等地面电磁方法难以进入的地区FSAEM是一个很好的选择。

在地空频率域电磁探测中，考虑到飞机和人工操作费用及电池的能力，FSAEM的最佳方式是一次勘探传输并收集覆盖整个探测深度的所有期望的频率。所以在高功率下使用均匀多频率的源是非常可取的，实现只用一种可控频率源探测某一深度范围。为了获得调查目标的有效数据，期望可控频率源具有某些特征：首先是其频谱所在的频带范围，由趋肤效应可得，频带范围对应调查目标的深度范围，集中能量在有效频带内可保证探测效果；其次是频带内主频率个数、分布及能量设计，频率域电磁测深的纵向分辨率取决于发射电流的频率密度即比值，在对应调查目标的频带范围内缩小频比可提高对异常的分辨能力。

目前常用的测量方式有变频法、奇次谐波法和多频伪随机法。变频法采用逐个频率进行测量，频点个数即为测量次数。由于方波能量主要分布在基频，因此测量效率低。奇次谐波法在同一时间测量发射方波的基波和奇次谐波，提高了效率但存在相邻频点频差固定和谐波次数升高能量减弱等缺点。何继善院士提出了一种主动源多频伪随机方法，发射电流波形包含多个振幅值相差不大的主频率，相邻主频频比固定。若频比取2，则称为2ⁿ系列伪随机信号。频点在对数坐标上基本均匀分布，一次可以同时测量多个频点。显然，伪随机电磁信号是一种宽频信号。由于2ⁿ系列伪随机信号中n个主频率的频比固定，设计出一个波形，使基频改变，便可得到n频伪随机信号。激励时钟频率越小，组合后的主频率频比也越小，纵向分辨率越高。但在实际勘探中，有时需要对某一特定深度截面进行成像。这意味着，发射源频率为某一特定的窄频带且频点分布特定，需要伪随机波调节基频实现某一特定频带主频加密，导致能量传递到所有频率上，有效频点信号微弱，影响探测效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种地空频率域电磁法可控频率源探测信号脉宽调制方法，该方法基于选择性谐波消除脉宽调制(Selective Harmonic EliminatedPulse Width Modulation，SHEPWM)技术，允许信号源只传输感兴趣的主频率，实现高效率、高纵向分辨率的电磁探测。

为了解决上述技术问题，本发明的地空频率域电磁法可控频率源探测信号脉宽调制方法包括如下步骤：

步骤1，根据勘探深度范围，利用趋肤深度公式(1)确定发射电流主频的频带范围：

其中，δ为勘探深度，ρ为均匀半空间电阻率，f为角频率；