LFMCW随钻雷达信号模拟分析.pdf

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1、第4O卷第1期煤田地质与勘探Vb1．40NO．12012年2月C0ALGE0UⅪY&聊0lRA]10NFeb．2012文章编号：1001-l986(2O12)0l-0085—04LFMCW随钻雷达信号模拟分析王小龙(中煤科工集团西安研究院，陕西西安710077)摘要：线性调频连续波信号是随钻雷达常采用的信号形式。从理论上分析了线性调频连续波随钻雷达的工作原理及实现方法；利用快速傅立叶变换(FFT)处理技术对线性调频连续波随钻雷达的回波信号进行了信息提取。仿真结果验证了理论分析的正确性和实现方法的可行性。关键词：线性调频；

2、随钻雷达；差频；回波信号中图分类号：P631文献标识码：ADOI：10．3969~．issn．1001．1986．2012．01．020SimulationanalysisofLFMCWradar-while-drillingsignalWANGXiaolong(1．Xi'anResearchInstitute，ChinaCoalTechnology＆EngineeringGroupCorp，Xi'an710077，China)Abstract：Radar-while-drillingisplayinganimporta

3、ntroleinensuringdrillingsafety．Linearfrequencymodula—tioncontinuouswave(LFMCW)signalisusuallyusedbyradar-while-drilling．Thepaperanalyzesworkingprinei—pieandrealizationmethodofLFMCWradar-while—drillingtheoretically,andthentheinformationextractionoftargetechoesofLF

4、MCWradar-while-drillingisachievedbyusingfastFouriertransform(FFT)technique．Thesimulationresultverifiesthecorrectnessoftheoreticalanalysisandfeasibilityofimplementationmethod．Keywords：linearfrequencymodulation；mdar-while-·drilling；diferentialfrequency；echoessignal

5、地质雷达是利用电磁波探测地下介质分布的一常数是复数，可以表示为种地球物理勘探方法，由于其高分辨及高效率的优=占一(1)点，在实际工程领域得到了广泛的应用。依据工作W方式的不同，地质雷达分为地面地质雷达和钻孔地其中为介电常数；为介质电导率；为交变频率；J为虚数单位。显然导电介质的介电常数与介质质雷达。地面地质雷达仅适用于浅层与超浅层地质电导率和电磁波频率均有关系。随钻雷达工作频率勘察；而钻孔地质雷达可通过钻孔直接进入地下深的范围通常为1MHz～1GHz，在此频率范围内电磁部，对钻孔前方的介质界面进行有效勘察[卜。将钻波传播

6、实质上很少频散，可以认为介电常数与频率孔地质雷达装在钻机钻杆前方时，可以实现对钻机无关。传播速度基本上由介质的介电性质决定，且钻头前方不同地质体的实时探测，称这种地质雷达在地下介质中的传播以位移电流为主。为随钻雷达【4】。随钻雷达的信号多采用多频连续波随钻雷达发射的电磁波在地下介质的分界面处或线性调频连续波。会产生反射与折射特性，这也是随钻雷达探测地下1随钻雷达电磁波在地下介质中的传播特点介质分布的物理基础。反射特性则取决于不同物性由于地下介质具有比空气强得多的电磁波衰减分界面的波阻抗差异，通常以反射系数来描述。对特性，

7、加之地下介质情况的多样性，随钻雷达电磁于平面波，反射系数波在地下介质中的传播特性比空气中要复杂得多。，：二(2)随钻雷达电磁波在地下介质中的传播特性受地下介～Z2+Z1质电学性质的影响很大，特别是随钻雷达最大探测式中Z1、Z，分别为介质1与介质2的法向波阻抗。距离受周围岩石介电常数的影响，同时介电常数也而波阻抗由介质的复介电常数、磁导率和入射角决影响随钻雷达电磁波的传播速度。定，其通常为复数。对于非平面波，则此值在几何介电常数是表征介质在外电场作用下极化程度光学条件下仍起主导作用。若考虑位移电流为主，的物理量。在交变电场

8、作用下，导电性介质的介电则：收稿日期：2011．O3．1O作者简介：王小龙(1975-)，男，陕西扶风人，博士，工程师，从事地球物理勘探与信号处理研究工作·86·煤田地质与勘探第40卷表1不同介质中电磁波的传播参数l厂l：l≈(3)Table1Thepropagationparametersoftheelectrom