[发明专利]一种无需同步电流采集和传输的SIP观测方法

说明书

本发明一种无需同步电流采集和传输的SIP观测方法，其特点是利用绝对相位计算方法事先计算发射机所能发射的所有频率电流的初始相位和振幅归一化系数，在初始相位和振幅归一化系数的基础之上生成初始相位表文件；即生成发射频率表与初始相位表；其某一频率的激励电流在任意时刻的相位值，则利用其起始发射时间和该频率电压数据的采集时间，按照相对相位计算方法获得；再根据长度自动约束全相位频谱分析获得的电压振幅和相位，即能够得到该频点处的复电阻率。本发明可以摆脱系统对高性能的同步电流采集和实时传输设备或者高精度的频域观测装置的依赖性，提高了SIP法的灵活性，实现在GPS信号微弱等复杂环境下顺利开展SIP法观测。

技术领域

本发明属于地球物理电磁探测领域，具体涉及一种无需同步电流采集和传输的SIP观测方法。

背景技术

频率域激发极化法(SIP法)是激发极化法的一个重要分支，观测目标是测区的复电阻率。该方法能够对测区地下介质的电性结构进行更加详尽的描述，是一种重要的详查手段。SIP法即可以在时间域又能够在频率域实现高密度观测，与其他地球物理勘探手段相比，SIP法具有多参数测量和综合信息输出的优势。

目前，现有的SIP数据采集方式和相应的观测系统主要分为两种：

(1)直接采集电压信号和电流信号的振幅和相位，然后利用这些频率域参数计算测区复电阻率；

(2)同步采集电压信号和电流信号的时域数据，然后进行离散傅里叶变换 (DFT)，并利用变换的频率域参数结果求测区复电阻率。

第一种方法需要实现高精度的频率域测量，观测系统主要由大功率发射机、高精度频域测量接收机、电极等装置构成。其中接收机由虚分量通道、实分量通道、相关检测单元等关键模块构成。而现有的相位测量方法对发射机和接收机的要求都很高。首先要求激励电流波形失真要尽量小，且零点要较为稳定，同时接收机也要具备很高的零点稳定性。但是，野外观测的电磁信号一般都较为微弱，相位测量精度难以得到保证。另外，幅度测量虽然相对相位测量要容易一些，但是当环境噪声较大时，要完成高精度振幅测量则需加大供电电流来提高信噪比。总的来说，频率域数据采集方法要求观测系统具有相当高的精度和稳定度，因而会提高观测成本，不利于开展野外工作。

而第二种观测方法系统组成包括大功率发射机、接收机、电流检测装置、同步电流传输装置、电极以及配套电缆等相关外围设备。该系统对仪器硬件要求较高，尤其是系统的同步性、实时性以及辅助装置的抗噪声能力等。

发明内容

本发明目的旨在简化传统SIP观测系统，提高SIP法的灵活性和应用范围，提出了一种新的SIP数据采集和处理算法。以摆脱系统对高性能的同步电流采集和实时传输设备或者高精度的频域观测装置的依赖性，降低观测成本；提高了SIP法的灵活性，实现在GPS信号微弱等复杂环境下顺利开展SIP法观测。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种无需同步电流采集和传输的SIP观测方法，其特征在于：包括初始相位表生成、相对相位计算和绝对相位计算；所述SIP观测方法为：

首先，利用绝对相位计算方法事先计算发射机所能发射的所有频率电流的初始相位和振幅归一化系数，在初始相位和振幅归一化系数的基础之上生成初始相位表文件，即生成发射频率表与初始相位表；

其次，利用相对相位计算方法，通过某一频率f_n起始发射时间和电压数据的采集时间，获得所述某一频率f_n的激励电流在任意时刻的相位值；

最后，再根据长度自动约束全相位频谱分析获得电压振幅和相位，得到所述某一频率f_n处的复电阻率；

所述的长度自动约束全相位频谱分析由全相位矩阵变换、长度自动约束自卷积加窗和傅里叶变换三部分组成。

所述的绝对相位计算方法为：