[发明专利]高分辨率高信噪比的脉冲压缩测距法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用有限长可压缩探测信号的脉冲压缩测距方法，它可以用于地震法地球物理勘探，也可用于利用声波的测距包括生物医疗探测及种种无损探伤等方面，以及其它利用回波测距的场合。

背景技术

为便于说明本方法在上述各应用方面的优点，本说明书主要将以地球物理勘探为例进行说明。

在地震法地球物理勘探中，当前使用的方法有二类：(1)冲击激励法(使用炸药或气枪等激励大地)及(2)脉冲压缩法。第一类方法是基于最原始的反射回波原理，所用的探测信号x(t)是一窄的力学振动信号去激励含有反射面的大地。第二类方法是基于将有限长的可压缩探测信号x(t)压缩成一窄脉冲c(t)等价地去激励含有反射面的大地。信号的压缩是通过相关器进行的。脉冲压缩法主要的优点是探测信号x(t)的能量不是在很短的时间间隔内释放，从而消除了冲击激励法由于瞬时功率过大对周围环境造成的破坏作用。

在脉冲压缩法中所使用的典型可压缩信号x(t)是线性扫频信号(又称鸟声信号)，其相关器的参考信号(s(t))也是用的同样的鸟声信号即s(t)＝x(t)。在下面我们将会看到x(t)与s(t)用鸟声信号的常规法有许多无法克服的严重缺点。本发明方法与用鸟声信号的常规法都属于脉冲压缩法，故探测过程与步骤基本相同。但是本发明方法使用了与常规法完全不同的信号x(t)与s(t)且s(t)≠x(t)，从而克服了常规法的各种固有缺点。

在地震地球物理勘探中，为了探测地层的界面，需要求得被测空间的反射波。在被测空间每两个不同特征阻抗的介质的界面即是一个反射面。以时间作为横轴所得到的各反射面的反射波的记录记为z(t)。从反射波记录z(t)可得知各反射波到达接收点的时间。将它们与激发波的激发时间进行比较，可得知探测信号从发射点到各反射面，再从各反射面到达接收点的来回时间。此时间间隔即代表了距离(因为波速可认为是已知的)，从而由反射波的记录z(t)可估计各界面的深度等参数。当探测信号x(t)从发射点到接收点所经过的被测空间的单位脉冲响应函数用r_o(t)表示，则当使用冲击激励法时有z(t′)＝x(t)*r_o(t)。当使用脉冲压缩法时有z(t)＝c(t)*r_o’(t)(这里r_o’(t)是被测空间的单位脉冲响应函数r_o(t)与发送及接收换能器的单位脉冲响应函数的串接。因为脉冲压缩法x(t)用的是电信号，在发送端必须将电信号用换能器转换成力学信号去激励大地，接收端必须用换能器将接收到的力学信号转换成电信号去进行相关处理)。为了得到高分辨率、高信噪比的反射波记录z(t)，当使用激励法时必定要求探测信号x(t)窄且没有旁辨。当使用脉冲压缩法时对x(t)的压缩信号c(t)有同样的要求：窄且没有旁辨。理想的激励信号是单位脉冲冲击δ(t)。当x(t)＝δ(t)或c(t)＝δ(t)时，所得到的反射波记录z(t)＝δ(t)*r_o(t)＝r_o(t)或z(t)＝δ(t)*r_o’(t)＝r_o’(t)。r_o(t)或r_o’(t)代表了理想的反射波记录。因此我们的目的是要求得被测空间的单位脉冲响应函数r_o(t)(或r_o’(t))的最佳估计。

总结以上，探测的目的是要求得反射波记录z(t)，如上所述从z(t)可估计界面的深度等参数。为了得到高分辨率、高信噪比的z(t)，在使用脉冲压缩法时希望c(t)尽量逼近δ(t)，z(t)尽量逼近r_o(t)(或r_o’(t))，而c(t)(＝x(t)s(t)，参见下文)决定于所选用的信号x(t)与s(t)。x(t)与s(t)选用鸟声信号的常规法无法得到窄的c(t)，且在c(t)中不可避免地存在严重的旁辨(见图1)，本发明方法所选用的x(t)与s(t)可得到很窄的c(t)，且可消除c(t)中的旁辨(见图2d、2e及图3h、3h’)从而本发明方法与常规法比较可大大提高分辩率，信噪比，并可消除常规法的各种固有缺点。下面将对用鸟声信号的常规法的固有缺点以及本发明方法如何克服这些缺点做较详细的分析。