电磁式可控震源锁相控制与广义预测控制方法

发布时间：2020-08-06 16:16

【摘要】：可控震源是地震勘探中用于激发地震波的重要设备,应用范围遍及油气勘探、矿产勘探、浅层工程勘探等领域。电磁式可控震源,相较液压式可控震源,具有更好的高频响应特性,地震勘探分辨率高,且易于携带,在浅层地震勘探受到广泛关注。但是受激振器电磁感应过程中感生电势、功率放大器相移、震源-大地耦合不佳以及机械延时等影响,电磁式可控震源激发信号存在畸变。震源激发信号的畸变不仅影响了地震勘探的精度与分辨率,也影响了相控震源、组合震源等地震勘探方法在电磁式可控震源上的应用效果。本文针对吉林大学自主研发的PHVS500型电磁式可控震源,在分析畸变特性与来源的基础上,总结分析正弦信号鉴相方法与可控震源激发信号噪声特征,研究结合相位预补偿,利用锁相控制方法对可控震源激发信号畸变进行控制。进而针对可控震源受环境影响大、可控震源-大地耦合模型参数不固定的问题,研究了广义预测控制方法(GPC)在可控震源上的应用。但广义预测控制算法运算量大,追踪高频信号的能力差,本文提出将广义预测控制算法应用于锁相控制中,用于对可控震源激发信号相位、幅度进行控制。基于FPGA设计了电磁式可控震源控制系统,完成了采用多种变频扫描方式的直接频率合成器、线性相位FIR数字滤波器、ADS1255控制逻辑、鉴相器等数字电路设计与测试,为高精度可控震源地震勘探提供了保障。针对以上控制方法,通过实验数据建立可控震源模型,进行了仿真实验。采用常规锁相控制仿真结果,激发信号最大相位畸变小于5°,幅度畸变得到有效控制,当模型发生变化时,震源激发信号控制精度下降。广义预测控制算法运算耗时大,难以直接用于追踪可控震源高频激发信号。将广义预测控制算法与锁相控制相结合,能够在保证控制效率的前提下,增强了系统对地表条件变化的适应性,仿真结果表明,该方法相位控制精度能达到3°,在3000m/s速度模型下,由震源激发信号畸变导致的定位误差小于0.2m,能够满足高分辨率地震勘探的要求。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.4

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本文编号：2782655