多矢量跳频无线电磁波坑透发射与接收设备、系统及方法

摘要

本发明提供一种多矢量跳频无线电磁波坑透发射与接收设备、系统及方法。本发明无线电磁波坑透发射设备包括：用于根据预设的频点列表，以跳频方式在多个频点上发射无线电磁波信号的发射器；用于控制同频点的无线电磁波信号在发射时的功率为恒定功率的功率控制器，所述功率控制器与所述发射器相连。本发明实现了井下多矢量跳频无线电磁波坑透设备在发射无线电磁波信号时可以采用多个频点发射，避免只采用单一频点发射造成接收端无法接收到信号的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及无线电磁波坑透探测技术，尤其涉及一种多矢量跳频无线电 磁波坑透发射与接收设备、系统及方法。

背景技术

无线电磁波坑道透视法（又称坑透法）是一种电磁波探测方法，是在钻 孔或坑道中，利用无线电波在岩、矿媒质传播过程中观测到的一些现象，来 探测地下目标物的一种方法。由于电磁波在煤层中传播时，不同电阻率的介 质对电磁波的吸收不同，电阻率小的介质，对无线电磁波吸收强，接收到的 无线电磁波强度就小，和理论场强相比较，会形成“阴影区”。根据“阴影 区”的情况，就可以判断出地质异常体的存在。

当前应用于井下无线电磁波坑透设备通常工作在0.3MHz、0.5MHz和 1.5MHz3个频点，由于受到工作效率与环境制约，每次工作只使用一个频点， 而同一介质对不同频率具有不同的衰减性，这导致了在某个频点下的电磁波 在某些异常介质会出现丢失的问题。

发明内容

本发明提供一种多矢量跳频无线电磁波坑透发射与接收设备、系统及方 法，以克服现有技术中井下无线电磁波坑透设备发射的无线电磁波信号在某 个频点下在某些异常介质会出现丢失的问题。

第一方面，本发明提供一种多矢量跳频无线电磁波坑透发射设备，包括：

用于根据预设的频点列表，以跳频方式在多个频点上发射无线电磁波信 号的发射器；其中，在各个频点上发射的持续周期为预设周期；

用于控制同频点的无线电磁波信号在发射时的功率为恒定功率的功率控 制器，所述功率控制器与所述发射器相连。

可选地，所述频点为≤1.5MHz的频点。

可选地，各个所述频点内发射的信号为多矢量无线电磁波数字信号，其 中所述多矢量无线电磁波数字信号具有单个矢量或者多个矢量的发射场强；

所述功率控制器还用于控制所述频点内各个矢量的瞬时功率与下一个相 同所述频点的各个矢量的瞬时功率相同。

第二方面，本发明提供一种多矢量跳频无线电磁波坑透接收设备，包括：

用于根据预设的频点列表，接收并检测发射设备以跳频方式在多个频点 上循环发射的无线电磁波信号的接收检测器；其中，在所述频点上检测的持 续周期为预设周期；

用于记录所述接收检测器检测到的所述频点列表中对应的频点内的无线 电磁波信号的信号信息的记录器；所述记录器与所述接收检测器相连。

可选地，所述记录器还用于：

将所述接收检测器没有检测到的所述频点列表中对应频点的频点信息记 录为NULL；和/或，

将所述接收检测器没有检测到的所述频点列表中对应频点内的无线电磁 波信号的信号信息记录为NULL。

可选地，所述频点为≤1.5MHz的频点。

可选地，各个所述频点内接收的信号为多矢量无线电磁波数字信号，其 中所述多矢量无线电磁波数字信号具有单个矢量或者多个矢量的发射场强；

所述记录器还用于：将所述接收检测器没有检测到的所述频点内的矢量 信号信息记录为NULL。

第三方面，本发明提供一种多矢量跳频无线电磁波坑透发射与接收系统， 包括：

如第一方面中任一所述的无线电磁波坑透发射设备，以及如第二方面中 任一所述的无线电磁波坑透接收设备。

第四方面，本发明提供一种多矢量跳频无线电磁波信号发射方法，包括：

根据预设的频点列表，以跳频方式在多个频点上发射无线电磁波信号；

控制同频点的无线电磁波信号在发射时的功率为恒定功率。

可选地，所述频点为≤1.5MHz的频点。

可选地，各频点内发射的信号为多矢量无线电磁波数字信号，其中多矢 量无线电磁波数字信号具有单个矢量或者多个矢量的发射场强；

所述频点内各个矢量的瞬时功率与下一个相同所述频点的的各个矢量的 瞬时功率相同。

第五方面，本发明提供一种多矢量跳频无线电磁波信号接收方法，包括：

根据预设的频点列表，接收并检测所述频点列表的频点上以跳频方式循 环发射的无线电磁波信号；

记录检测到的所述频点列表中对应的频点内的无线电磁波信号的信号信 息。

可选地，还包括：

将没有检测到的所述频点列表中对应频点的频点信息记录为NULL；和/ 或，

将没有检测到的所述频点列表中对应频点内的无线电磁波信号的信号信 息记录为NULL。

可选地，所述频点为≤1.5MHz的频点。

可选地，各频点内接收的信号为多矢量无线电磁波数字信号，其中多矢 量无线电磁波数字信号具有单个矢量或者多个矢量的发射场强；

将没有检测到的所述频点内的矢量信号信息记录为NULL。

本发明多矢量跳频无线电磁波坑透发射与接收设备、系统及方法，通过 多矢量跳频无线电磁波坑透发射设备根据预设的频点列表，以跳频方式在多 个频点上发射无线电磁波信号，相应的多矢量跳频无线电磁波坑透接收设备 在接收端进行接收检测，实现了井下多矢量跳频无线电磁波坑透设备在发射 无线电磁波信号时可以采用多个频点发射，避免只采用单一频点发射造成接 收端无法接收到信号的问题，解决了现有技术中井下无线电磁波坑透设备发 射的无线电磁波信号在某个频点下在某些异常介质会出现丢失的问题。

附图说明

图1为本发明多矢量跳频无线电磁波坑透发射设备实施例一的结构示意 图；

图2为图1所示的多矢量跳频无线电磁波坑透发射设备发射过程示意图；

图3为本发明多矢量跳频无线电磁波坑透接收设备实施例一的结构示意 图；

图4为图3所示的多矢量跳频无线电磁波坑透接收设备接收过程示意图；

图5为本发明多矢量跳频无线电磁波信号发射方法实施例一的流程图；

图6为本发明多矢量跳频无线电磁波信号接收方法实施例一的流程图；

图7为本发明多矢量跳频无线电磁波坑透发射与接收系统实施例的结构 示意图。

具体实施方式

图1为本发明多矢量跳频无线电磁波坑透发射设备实施例一的结构示意 图，图2为图1所示的多矢量跳频无线电磁波坑透发射设备发射过程示意图。 如图1所示，本实施例的多矢量跳频无线电磁波坑透发射设备10可以包括：

用于根据预设的频点列表，以跳频方式在多个频点上发射无线电磁波信 号的发射器101；其中，在各个频点上发射的持续周期为预设周期；

用于控制同频点的无线电磁波信号在发射时的功率为恒定功率的功率控 制器102，功率控制器102与发射器101相连。

可选地，发射器101，具体用于：

根据预设周期依次选取频点列表的频点发射信号。

可选地，频点为≤1.5MHz的频点。

可选地，各个频点内发射的信号为多矢量无线电磁波数字信号，其中多 矢量无线电磁波数字信号具有单个矢量或者多个矢量的发射场强；

所述功率控制器还用于控制所述频点内各个矢量的瞬时功率与下一个相 同所述频点的各个矢量的瞬时功率相同。

具体地，本实施例的多矢量跳频无线电磁波坑透发射设备10可以应用在 井下无线电磁波坑透探测技术中，在发射端和接收端可以预先协商设定频点 列表，如图2所示，多矢量跳频无线电磁波坑透发射设备10的发射器101将 发射端的数字信号（即图2中数字信号0、数字信号1等）以跳频方式依次 在频点列表中的各个频点上发射出去，一直循环使用频点列表中的频点直至 信号发射完毕。在各个频点上发射信号的持续周期为预设周期。

功率控制器102控制同频点的信号在跳频循环发射时，发射功率恒定， 并完成同频点内对应矢量瞬时功率控制，同频点内对应矢量瞬时功率恒定， 保证跳频发射信号功率的精准性。

频点列表中的频点选取时尽可能的满足所选频点能够穿透介质。

如所选模拟信号函数曲线He^x可以经过脉冲编码调制方法或者脉冲宽度 调制方法，将模拟信号转换为多矢量无线电磁波数字信号。其中H为发射场 强，H=(H₀,H₁…H_n)，n≥1，包含多个矢量。如图2所示，可以是由曲线函 数转换的数字信号，其中数字信号0（0,1…n），即可以是单矢量信号，也可 以是多矢量信号。特别说明所选模拟信号函数曲线为y=1直线时，可以直接 调制成单矢量信号。

本实施例的多矢量跳频无线电磁波坑透发射设备包括：用于根据预设的 频点列表，以跳频方式在多个频点上发射无线电磁波信号的发射器；用于控 制同频点的无线电磁波信号在发射时的功率为恒定功率的功率控制器，实现 了井下多矢量跳频无线电磁波坑透设备在发射无线电磁波信号时可以采用多 个频点发射，避免所选单一频点在某些特殊介质下无法穿透造成接收端接收 不到信号的问题，和单个频点下对某些介质不敏感而在反演中异常介质出现 丢失的问题。

图3为本发明多矢量跳频无线电磁波坑透接收设备实施例一的结构示意 图，图4为图3所示的多矢量跳频无线电磁波坑透接收设备接收过程示意图。 如图3所示，本实施例的多矢量跳频无线电磁波坑透接收设备30可以包括：

用于根据预设的频点列表，接收并检测所述频点列表的频点上以跳频方 式循环发射的无线电磁波信号的接收检测器301；其中，在所述频点上检测 的持续周期为预设周期；

用于记录接收检测器301检测到的频点列表中对应的频点内的无线电磁 波信号的信号信息的记录器302；记录器302与接收检测器301相连。

可选地，记录器302还用于：

将接收检测器301没有检测到的所述频点列表中对应频点的频点信息记 录为NULL；和/或，

将接收检测器301没有检测到的频点列表中对应频点内的无线电磁波信 号的信号信息记录为NULL。

可选地，频点为≤1.5MHz的频点。

具体地，多矢量跳频无线电磁波坑透接收设备30的接收检测器301检测 接收端接收到的无线电磁波数字信号，所述频点列表为发射端与接收端预先 协商好的，如图4所示，根据频点列表依次检测信号，如在频点0检测到信 号（即图4中数字信号0），则记录器302记录该频点的信号信息，各个频 点检测的持续周期为预设周期，直到频点0检测周期结束则开始检测频点1 上的信号，重复以上过程；检测频点2的信号，若在预设周期内没有检测到 频点2或频点2上的信号，则可以记录该频点的频点信息为NULL或该频点 内的信号信息为NULL（空值），在下一个频点开始的时刻检测继续检测下 一个频点上的信号，直至信号采集完成或者超过规定检测时间。

频点列表中的频点选取时尽可能的满足所选频点能够穿透介质。

可选地，各个频点内接收的信号为多矢量无线电磁波数字信号，其中多 矢量无线电磁波数字信号具有单个矢量或者多个矢量的发射场强；

所述记录器还用于：将所述接收检测器没有检测到的所述频点内的各个 矢量信号信息记录为NULL。

若部分矢量信号检测到，未检测到的矢量信号信息记录为NULL。

如所选模拟信号函数曲线He^x可以经过脉冲编码调制方法或者脉冲宽度 调制方法，将模拟信号转换为多矢量无线电磁波数字信号。其中H为发射场 强，H=(H₀,H₁…H_n)，n≥1，包含多个矢量。若接收检测器301在频点0只 检测到部分矢量信号，则记录器302记录该频点的部分矢量信号的信号信息， 将没有检测到的频点内的矢量信号的信息记录为NULL。

最后，在接收端可以根据检测到的信号，将数字信号恢复为原始的模拟 信号，直至初始函数曲线。

其中，发射端通过多矢量跳频无线电磁波坑透发射设备向接收端发送图 2中经过跳频发射的矢量数据包A，接收端通过多矢量跳频无线电磁波坑透 接收设备完成接收矢量数据包B，并记录矢量信号数据；其中数据包B为数 据包A在介质中衰减后的数据。

此外说明，数据包A可以是完成曲线转换的固化数据包A，也可以是由 实施者，根据现场条件任取曲线，经数字编码器临时生成的数据包A。

本实施例的多矢量跳频无线电磁波坑透接收设备包括：用于根据预设的 频点列表，依次接收并检测所述频点列表的频点上以跳频方式循环发射的无 线电磁波信号的接收检测器；其中，在所述频点上检测的持续周期为预设周 期；用于记录接收检测器检测到的频点列表中对应的频点内的无线电磁波信 号的信号信息的记录器，实现了井下多矢量跳频无线电磁波坑透接收设备接 收发射端以跳频方式发射的多个频点的信号，避免只采用单一频点发射接收 端无法接收到信号的问题，解决了现有技术中井下无线电磁波坑透设备发射 的无线电磁波信号在某个频点下在某些异常介质会出现丢失的问题。

图5为本发明多矢量跳频无线电磁波信号发射方法实施例一的流程图， 如图5所示，本实施例的方法可以包括：

步骤501、根据预设的频点列表，以跳频方式在多个频点上发射无线电 磁波信号；其中，在各个频点上发射的持续周期为预设周期。

步骤502、控制同频点的无线电磁波信号在发射时的功率为恒定功率。

可选地，频点为≤1.5MHz的频点。

可选地，各频点内发射的信号为多矢量无线电磁波数字信号，其中多矢 量无线电磁波数字信号具有多个矢量的发射场强；

所述频点内各个矢量的瞬时功率与下一个相同所述频点的的各个矢量的 瞬时功率相同。

本实施例的方法，可以采用图1所示设备实施例的结构实现，其实现原 理和技术效果类似，此处不再赘述。

图6为本发明多矢量跳频无线电磁波信号接收方法实施例一的流程图， 如图6所示，本实施例的方法可以包括：

步骤601、根据预设的频点列表，接收并检测频点列表的频点上以跳频 方式循环发射的无线电磁波信号。

步骤602、记录检测到的频点列表中对应的频点内的无线电磁波信号的 信号信息。

可选地，本实施例的方法还可以包括：将没有检测到的所述频点列表中 对应频点的频点信息记录为NULL；和/或，

将没有检测到的所述频点列表中对应频点内的无线电磁波信号的信号信 息记录为NULL。

可选地，所述频点为≤1.5MHz的频点。

可选地，各个所述频点内接收的信号为多矢量无线电磁波数字信号，其 中多矢量无线电磁波数字信号具有单个矢量或者多个矢量的发射场强；

将没有检测到的所述频点内的矢量信号信息记录为NULL。

本实施例的方法，可以采用图3所示设备实施例的结构实现，其实现原 理和技术效果类似，此处不再赘述。

图7为本发明多矢量跳频无线电磁波坑透发射与接收系统实施例的结构 示意图。如图7所示，本实施例的多矢量跳频无线电磁波坑透发射与接收系 统，可以包括：无线电磁波坑透发射设备10，以及无线电磁波坑透接收设备 30。其中，无线电磁波坑透发射设备10可以采用图1发射设备实施例的结构， 无线电磁波坑透接收设备30可以采用图3接收设备实施例的结构，其对应地， 可以执行图5～图6中方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似， 此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步 骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可 读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而 前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码 的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。