Методы обработки сигналов в информационно-измерительных системах зондирования подповерхностных аномалий

• Автор: Шамсутдинов, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 165 с. : ил.

~ 2,-
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1. АЛГОРИТМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ НАЗЕМНЫХ АНОМАЛИЙ В ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
СИСТЕМАХ
1.1.Анализ задач, решаемых радиоволновыми системами поверхностного зондирования, и вариантов физико-геологических моделей изучаемых объектов
1.2.Методика расчета электромагнитных полей при подповерхностном зондировании
1.3.Решение задач рассеяния ЭМП подземными аномалиями методами прикладной электродинамики
ВЫВОДЫ
2. МЕТОД РАДИОВОЛНОВОЙ ПОЛЯРИМЕТРИИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ АНОМАЛИЙ 5
2.1.Обоснование метода наземной радиоволновой поляриметрии
2.2.Методы повышения эффективности обнаружения подповерхностных аномалий, основанные на поляризационном подавлении мешающих отражений
2.3.Метод компенсации затухания ЭМВ, отраженной от подповерхностного объекта
2.4. Анализ влияния многослойной среды на характеристики отраженного сигнала
ВЫВОДЫ
3. АППАРАТУРА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
3.1.Обоснование технических характеристик и состава аппаратуры для радиоволновых исследований подповерхностных аномалий
3.2.Методика поляриметрических измерений характеристик подповерхностных аномалий
3.3.Методика обработки и интерпретации результатов измерений
3.4. Рекомендации по увеличению РЛ контраста типовых РЛ целей, находящихся на земной поверхности
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ДА - диэлектрическая аномалия;
СПЗ - система подповерхностного зондирования;
ФГМ - физико-геологическая модель;
опл - однопроводная линия;
эмп - электромагнитное поле;
ДК - длинный кабель;
эмв - электромагнитные волны;
РВМ - радиоволновый метод;
лчм - линейная частотная модуляция;
ПБ - поляризационный базис;
ЭПР - эффективная поверхность рассеяния;
ВАРУ - временная автоматическая регулировка усиления;
АКФ - автокорреляционная функция;
ДЭЗ - дипольное электрозондирование;
эп - электропрофилирование;
ДИП - дипольное индукционное профилирование;
нп - незаземленная петля;
РВПР - радиоволновое профилирование.
Для решения геологоразведочных задач, обнаружения и идентификации подповерхностных диэлектрических аномалий широко используются радиоволновые методы.
Круг задач, решаемых этими методами, постоянно расширяется, а именно, гидрологические, археологические, инженерно-геологические, геоэкологические, и гляционологические задачи, геодинамический мониторинг природных и искусственных сред и т.д. [1-15]. Для радиоволновой разведки диэлектрических аномалий (ДА) используют: возвратный, интерференционный и радиолокационный методы [15-20, 50]. Обнаружение заглубленных объектов системой подповерхностного зондирования (СЛЗ) осуществляется по данным обработки рассеянных аномалиями радиосигналов. Эффективность работы СЛЗ существенно зависит от правильного выбора параметров сигнала и методов его обработки определяемых электрическими характеристиками грунта, местоположением, материалом, формой и размерами обнаруживаемых объектов [50]. В отличие от прохождения в атмосфере в грунте электромагнитные сигналы претерпевают существенные дисперсионные искажения из-за частотной зависимости скорости распространения (показателя преломления) в грунте и изменчивости его профиля с глубинной. Пространственные вариации диэлектрической проницаемости грунта более значительны, чем в атмосфере. Неоднородности грунта приводят к сильному рассеянию сигнала и , следовательно, к высокому уровню помех на выходе приемной антенны. СЛЗ должны соответствовать взаимоисключающим требованиям при выборе длины волны по критериям минимума энергетических потерь и обеспечения предельной разрешающей способности. Работы Андреева Т.А. [1, 50], Шеммурина В.А. [40] позволили систематизировать теоретические и экспериментальные исследования по изучению особенностей распространения ЭМВ в слоистых средах и технологий радиоволнового зондирования подповерхностных аномалий (ППА). Достаточно детально изложено в работах Федынского В.В. Применение РВЗ в гидрогеологии и инженерной геологии представлено в работе [39] Черняка Т.Я. Интерес зарубежных авторов [2-35] к решению задач подповерхностного зондирования ДА подтверждает актуальность решения этих задач радиоволновыми методами. Однако, недостатком указанных работ является то, что эти методы предполагали извлечение информации о ППА лишь на основе измерения амплитуды и фазы одного элемента полной матрицы рассеяния.
Лишь с начала 1990-х годов появился интерес к радиоволновой поляриметрии [44-45] как самостоятельному методу наземной электроразведки. Поляризация сигнала вместе с его амплитудой, частотой, волновыми и угловыми характеристиками несет информацию о просвечиваемом пространстве, источнике и приемнике излучения, что повышает вероятность выявления аномалий и облегчает их идентификацию.
Рис. 1.14 Относительные изменения магнитного поля вдоль скважины
при ха~1
При фиксированной длине зонда влияние скважины падает с понижением частоты первичного поля, что позволяет пренебречь влиянием скважины при относительных частотах ха <0,2.
Но при этом резко снижается уровень полезного сигнала, что приводит к необходимости выбирать оптимальный рабочий диапазон частот с учетом влияния скважины.
Отметим основные особенности кривых профилирования для модели «скважина—пласт». Если ха<0,25, то более проводящий пласт вызывает увеличение, а менее проводящий пласт— уменьшение поля для всех длин зондов (1< Ь <30). При ха >0,25 поведение кривых профилирования зависит не только от величины проводимости пласта, но и от длины зонда. Изменение длины зонда может дать такой же эффект, как и изменение характера проводимости.
Общий характер влияния скважины таков: при фиксированной величине волнового числа в скважине влияние скважины велико для малых длин зондов, а с увеличением длины зонда это влияние уменьшается, но немонотонно. Имеются такие длины зондов, для которых влияние скважины минимально (при изменении параметров среды и частоты первичного поля длины зондов с минимальным влиянием скважины изменяются).