专利名称：用于海床记录的最佳多频率电磁信号的制作方法
用于海床记录的最佳多频率电磁信号许多记录过程用电磁信号来发射或者获得信息。记录(logging) 过程的一个实施例是在海床记录(sea bed logging )时使用电磁波、由 Electro Magnetic Geo Servies of Norway研发的受控源电磁测深的一 种特殊应用。在这种过程的一个应用中，如欧洲专利No. 1256019所述，能够 用电磁波场频率特殊来测定含有碳氩化合物或水的蓄积存在和/或天 然本质。在电磁海床记录中，采用了包含正弦波和方波的许多类型发射机 信号形状。通过用若干个不同频率记录能够显著改进数据的反演变换 和用所记录的数据产生的图像。然而，只要用单一信号类型记录，假 定使用正弦信号，则在X个频率时记录将进行X次。为了改进数据反 演变换而基本上不增加记录次数，可以使用含有特别理想的一些频率 的多频率信号。本发明涉及一种大体上改进所记录数据的变换的最佳化多频率电 磁信号和一种通过选择控制信号发生的一些参数而获得像这种最佳化 信号的方法。候选多频率信号类型包含方波。方波含有全部奇数倍的一次谐波 频率。然而，对于一些方波来说，n次谐波频率的幅度与n"成正比， 而沿着特定通路的衰减一般与111/2成正比。所以对于一些较高谐波频 率来说，在接收机上的信噪比是比较低的，导致由记录数据反演变换 引起的品质降低。用 一种替换方法，天线电流周期性序列的短脉沖可以用来产生信 号，在所发射的信号中形成最多到大约1/脉冲宽度个谐波，每个谐波 频率是等幅度的。然而，输入到天线通常是被限制在一个特定值Imax 的电流，导致在像这样信号的一些谐波中的低功率。
大家知道为产生在海床记录领域内使用包括二、三个高而又等幅 度的理想频率的电磁信号所要求的信号发生参数。然而如上所述，在 发射机和接收机之间信号衰减程度是与频率有关的，因此对信号中的 某些部分来说，导致在接收机上低的信噪比。进一步在已知的一些实施例中，大部分时间发射天线电流的绝对值大体上引用小于Im的一些 数值，因而总发射功率和转换到理想频率组的功率小于能够从最佳信 号获得的功率。为了改进信号范围和所记录数据的变换，现在提出，对最佳化信 号来说，在理想频率上发射的功率应该在接收机处于最大范围时使理 想频率的幅率比率大体上是相等的。最好是，使在接收机上的总信噪 比增至最大限度，以便在任何给定的波段内改进所记录的数据的品质。 所以，在海床记录领域内可以采用的在本发明范围内的最佳化信号是 在接收机处于最大范围时在接收机上一些理想频率的幅度比率大体上 相等、使输送到发射天线的总功率增至最大限度和使用于一些理想频 率的功率比例增至最大限度的一种信号。根据本发明，提供一种由天线发射的最佳化多频率电磁信号，这 种信号这样包括最佳化幅度比率的二个或更多个理想谐波频率，以致 接收各个频率的大体上相同幅度比率，当接收机处于最大范围时，在 理想谐波频率中的总功率占可输送到发射天线的极大化功率中最大化 的比例。可选择的是，本发明可以具有的特征在于天线电流只采用数值 ±Imax，以使输送到发射天线的总功率增至最大限度。这就导致较长的 信号波段。可选择的是，本发明可以具有的进一步特征在于二个或更多个理 想频率是一些单频率全谐波，而且在于为筒化信号合成，信号是随着 一次谐波的周期在时间上周期发生的。可选择的是，本发明可以具有的进一步特征在于在发射天线能够 发射出圆形极化旋转场时，理想的谐波频率是全奇次谐波，以保证各 个理想的谐波频率的极化。
可选择的是，本发明可以具有的进一步特征在于这种信号包括最 佳化幅度比率的三个或更多个理想的谐波频率。根据本发明的另一方面，提供一种产生最佳化多频率电磁信号的 方法，这种方法包括获得用发射机一接收机偏差和模型化信号特性来 确定可选择适合于在地点记录的一组理想的谐波频率和对这些理想的谐波频适用的幅度比率的一些最优化信号发生参数；以及根据一些最 优化信号发生参数用发射机来产生信号。信号发生参数可以包括电流方向转换次数(switch times )、信号 周期和每个周期的电流方向转换次数数目。通过将在初始参数下工作 的天线产生的信号与理想的最佳化信号比较来迭代改进的一组初始标 准参数组可以获得所述参数数值。初始标准参数的选择取决于地点和 所要求信号的特性而且在一些特定情况下在获得参数的完全的解组以 前可能得试用不同的选择。这种方法可以含有二步操作，其中第一步包括在发射系统的工作 范围内选择初始的一组转换次数(switching times )和其他一些参数，最佳幅度比率的试用^号,、以及第二步包括^通过调^信号发生参数 而保持理想频率的幅度比率时增加总信号功率，以获得在发射系统的 操作限度内具有用于最高理想频率的最大可能的幅度的试用信号。可选择的是，本发明方法可以进一步包括，采用一些或者所有已 知地点参数而且结合含发射机一 接收机偏差(程度) (transmitter-receiver offset length )和模型化信号特性的信息来模拟 通过海床记录要调查的地点，以确定一组可选择适合于在地点记录的 理想信号频率和对这些理想的谐波频率适用的幅度比率。本发明也推广到为了通过海床记录方法获得数据而使用最佳化或 者大体上最佳化的多频率电磁信号，以便测定含有碳氬化合物或水的 蓄积的存在和/或天然本质。本发明也推广到从使用用于海床记录方法的最佳化多频率电磁信 号中获得的数据和结果。在其他一些不涉及海上受控源电磁测深的领域内应用具有使用所 描述的最佳化方法获得的这些特点的一些信号可能是所希望的。现在描述用于获得最佳信号发生参数的方法。天线电流函数(I) t应具有性能(U) /(,+r) = /(《)， 一)卜real式中Imax是最大电流值。我们用点tm， m=l ， 2，…，2N-1 ，把间距0St《27i分成2N个部分，而且确定w f(-l广J咖fo" —,"化"'2) 胸' l Oelse~ =0 , -w+2w -'fli , d《《m对称性考虑表明我们可以要求tm满足(1.3) =r-/m， m-l，2，…，AT并且仍然获得最佳性能。在这样的情况下，完全由tn的开始N个数值来确定信号，而且我们有j， 2 r=IXsin"" i iJ"/(《).sin"" (1.4) ",4:2，h > 0 , f0 = 0.f = (-1) . ~. sin "/m 先 "in是全实数值的，而且我们有|>2=2/二。我们希望所挑选的in组1inr=i。nr， r=l， 2，…，N，在其绝对值尽可能大时成规定的比率。i 不 可以任意选择，由于我们必须有ix《所以我们进行变换(1.6) 、卄"0 * , r = l，2，.."AT, 0<iT<2式中K待确定。当给定i。时，有一个K的最大值，超过K的最大值就无解。可以表明，对于足够小的K值来说，解始终存在。用试凑法可以找到适合起始K值。然后，选择起始tn值。这种选 择或多或少是任意性的，而且可能在一些特定情况中还得试用一些不 同选择。在计算L以后，用在(1.4)中的梯度关系式来求出应该怎样 改变tn以便使in较接近其理想值。我们解方程式(1.7) i:》'久-v、，r-i,2，…，w求Atm，而且选择新的tm,因此设定式中选择常数OKl以便确保收敛。这个过程很快收敛，或者这个过程 很快发散，如果K和/或tn选得不好。求出用于选择K值的解时，我们希望使K尽可能大，同时保持谐波常数的比率。所以我们重复具有较大K值的过程，而且一直延续到收敛为止。K和tm的极限值确定一个最佳信号。实施例，使tm， tm"Mm/T归一化时，我们设定i01=0.118 i02=0.259 i04=1.000 K=1.000 ot=0.5 我们选择起始值 t产0.886 t2=1.770 t4=2.656使一些"t"最佳化，我们得出一些数值 t产1.057 t2=1.755 t4=2.446定义为用于所希望的一些谐波的总功率百分率的效率是54%.在收敛
的测试时，我们求出K的最大值为1.187。对于这个数值，我们得出t产0.949t2=1.527t4=2.274 效率为76%，而谐波的比率为 .1175i2/i4=0.2599 在
图1中表示最佳信号的形状。tn的最佳值不是单值的。循环置换"t"而没有改变信号形状，仅 引起时间上的平移，但是没有引起各个谐波的功率变化。并且，"t"的顺序颠倒对谐波功率没有影响。事实上，如果S(t)是最佳信号；则对任何T值来说，±S (士灶T)也是最佳信号。
权利要求
1.一种由天线发射的最佳化多频率电磁信号，该信号包括最佳化幅度比率的二个或更多个理想谐波频率，使得在接收机上接收各个频率的大体上相同幅度比率，当接收机处于最大范围时，在理想谐波频率中的总功率占可输送到发射天线的极大化功率中最大化比例。
2，如权利要求1所述的最佳化多频率信号，其特征在于天线电流只釆用数值土lM，以使输送到发射天线的总功增至最大化，这产生较长的信号波段。
3. 如权利要求1或权利要求2所述的最佳化多频率信号，其特征 在于二个或更多个理想频率是一个频率的全谐波，而且为简化信号合成，信号是随着一次谐波的周期呈时间周期的。
4. 如任何前面权利要求所述的最佳化多频率信号，其特征在于在 发射天线能够发射出圆形极化旋转场时理想的谐波频率是全部奇次谐 波，以保证各个理想的谐波频率的极化。
5. 如任何前面权利要求所述的最佳化多频率信号，其特征在于该 信号包括最佳化幅度比率的三个或更多个理想的谐波频率。
6. —种产生最佳化多频率电磁信号的方法，该方法包括使用发射 机_接收机偏差和模型化信号特性来确定最适合于在地点记录的一组 理想的谐波频率和对这些理想的谐波频率适用的幅度比率，获得最佳化信号发生参数；以及根据最佳化信号发生参数用发射机来产生信号。
7. 根据权利要求6的方法，其特征在于该方法包括采用已知地点 参数而且结合含发射机一接收机偏差和模型化信号特性的信息来模型 化通过海床记录要调查的地点，以确定一组最适合于在地点记录的理 想信号频率和对这些理想的谐波频率适用的幅度比率。
8. 为了用海床记录的方法获取数据，釆用如权利要求1到5中任 何一项所述的大体上最佳化的频率电磁信号，以便测定含有碳氩化合 物或水的蓄积的存在和/或天然本质。
9. 从应用如权利要求1到5中的任何权利要求所述、用于海床记 录方法的一种最佳化多频率电磁信号中获得的数据和结果。
全文摘要
在海床记录的领域内可以使用的多频率电磁信号、为了在特定的地点上使用而使这种信号最佳化、和一种用于产生最佳多频率信号的方法。
文档编号G01V3/30GK101133345SQ200680007123
公开日2008年2月27日 申请日期2006年1月27日 优先权日2005年2月1日
发明者托尔·肖-派特-特尔森 申请人:电磁地形服务公司