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ELF-EM Signal Processing While Drilling Based on Human-Computer Interaction Combined Algorithm

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China Communications 2023年第6期20卷 178-198页

作者： Fukai Li Jian Wu Jian Chen huaiyun peng Yehuo Fan School of Telecommunications Engineering Xidian UniversityXi’an 710071China National Key Laboratory of Electromagnetic Environment China Research Institute of Radiowave PropagationQingdao 266107China

In the electromagnetic wave measurement while drilling(EM MWD), the extra low frequency electromagnetic wave(ELF-EM) below 20Hz was usually chosen as the carrier because of its transmission characteristics in the formation. However, as the drilling depth increases, the electromagnetic wave signals received on the ground gradually weaken, becoming lower than a certain signal-to-noise ratio(SNR)and making it impossible to be decoded or *** attenuation of electromagnetic wave in the formation is definitely one of the causes, but what matters more is the influence of environment noise at the well site, especially the in-band interference noise and random noise. Targeting at the out-of-band noise, the bandpass filter, which is invalid to the in-band noise,can be used to eliminate the noise out of the carrier’s main band. To cope with the question, an algorithm based on the human-computer interaction detection(HCID) was proposed in this paper that improves the SNR of ELF-EM signals, with the effective transmission distance of EM MWD increased. In this paper,the validity of the proposed HCID algorithm was verified through communication processing performance simulation and field data comparison, thus providing a reference for engineers and technicians in this *** analysis and experimental data verification show that the combined algorithm decodes effectively under the in-band interference noise of-80d B SNR and in-band random noise of-17d B SNR.

关键词： measurement while drilling ELF-EM Inband noise HCID transmission distance

Detecting seismic electromagnetic ELF anomalies associated with the 2010 Yushu earthquake in China by DEMETER observations and ELF Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere coupling propagating model

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Science China(Technological Sciences) 2023年第4期66卷 1192-1202页

作者： LIAO Li ZHAO ShuFan SHEN XuHui ZEREN ZhiMa peng huaiyun LU HengXin Institute of Geophysics China Earthquake AdministrationBeijing 100081China National Institute of Natural Hazards Ministry of Emergency Management of ChinaBeijing 100085China China Research Institute of Radiowave Propagation Qingdao 266107China

Over the last century,abnormal electromagnetic(EM)emissions associated with earthquake(EQ)activities have been widely reported and recorded by ground-based and satellite ***,the frequency at which abnormal EM emissions have been detected *** addition,whether low Earth orbit(LEO)satellites can detect EM anomalies from EQs remains *** this paper,we take the Yushu earthquake as an example to address these concerns by DEMETER satellite observations and a newly constructed lithosphere-atmosphere-ionosphere model of extremely low frequency(ELF)wave *** results illustrate that the frequency of ELF EM anomalies of the Yushu earthquake is mainly at 200–400 *** observations and simulations illustrate that the power-frequency curve of the ELF EM wave from an underground source has a peak power frequency at 200–400 Hz,which is significantly different from the ELF EM wave radiated from the ground source.

关键词： seismic electromagnetic anomalies extremely low frequency(ELF)wave low Earth orbit(LEO)satellites lithosphereatmosphere-ionospheremodel

地-电离层中水平激发极低频场的勒让德展开算法

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电波科学学报 2013年第5期28卷 851-856,876页

作者：彭怀云潘威炎郭立新西安电子科技大学理学院陕西西安710071 中国电波传播研究所山东青岛266071

地-电离层空腔中水平激励极低频(Extremely Low Frequency,ELF)场强可表示为勒让德函数及其导数的级数和,利用勒让德函数迭代公式,提出了极低频水平偶极子在地-电离层空腔中激励场的计算新算法.将该方法近区场的计算结果与半空间水平偶... 详细信息

地-电离层空腔中水平激励极低频(Extremely Low Frequency,ELF)场强可表示为勒让德函数及其导数的级数和,利用勒让德函数迭代公式,提出了极低频水平偶极子在地-电离层空腔中激励场的计算新算法.将该方法近区场的计算结果与半空间水平偶极子激励场计算结果对比,远场区结果与Bannister(dir.+ind.)公式计算结果对比,验证了新算法的正确性和精度.将本算法应用至几Hz以下,可获得特殊规律:远区电场、磁场水平分量与方位角无关,电场水平分量方向与偶极矩方向平行,磁场水平分量方向与之垂直.

关键词：极低频地-电离层空腔水平偶极子电场水平分量磁场水平分量

海水中的直流水平电偶极子在界面处产生的电磁场

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电波科学学报 2014年第6期29卷 1030-1035,1056页

作者：王西乾韩逍菲彭怀云陈宇中国电波传播研究所山东青岛266107 西安电子科技大学陕西西安710071

舰船底部附近的电化学电流会产生恒定电磁场,研究这种电磁场分布对水下侦测舰船非常重要.文中将该场源理想化为一个直流水平电偶极子,这一直流水平电偶极子是低频电偶极子在频率趋于0时的极限情况.利用贝赛尔函数的性质,将这些积分表达... 详细信息

舰船底部附近的电化学电流会产生恒定电磁场,研究这种电磁场分布对水下侦测舰船非常重要.文中将该场源理想化为一个直流水平电偶极子,这一直流水平电偶极子是低频电偶极子在频率趋于0时的极限情况.利用贝赛尔函数的性质,将这些积分表达式简化为一系列简单的解析表达式,并在该表达式的基础上进行分析讨论算出电磁场的空间分布.

关键词：恒定电磁场水下侦测电偶极子贝塞尔函数

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部分浸没于海水中天线阻抗及辐射效率分析

电波科学学报 2021年第4期36卷 518-523页

作者：赵越彭怀云李清亮中国电波传播研究所电波环境特性及模化技术重点实验室青岛266107

针对海洋环境中浮标天线的辐射性能问题,基于海水中短波、超短波频段高衰减的特性,提出了以海面为分界面,将天线分为水上、水下两部分考虑的假设,建立了部分浸没于海水中天线的理论计算模型,开展了天线输入阻抗测试实验,验证了假设和模... 详细信息

针对海洋环境中浮标天线的辐射性能问题,基于海水中短波、超短波频段高衰减的特性,提出了以海面为分界面,将天线分为水上、水下两部分考虑的假设,建立了部分浸没于海水中天线的理论计算模型,开展了天线输入阻抗测试实验,验证了假设和模型的正确性.应用该模型,确定了天线的水上、水下部分阻抗共轭匹配条件下的工作频率范围,分析了不同入水深度、绝缘层半径以及绝缘层相对介电常数对辐射效率的影响.结果表明:通过调节天线频率、天线调谐器阻抗、绝缘层材质及厚度等参数,可实现浮标天线的有效辐射,为海洋电磁波通信提供支撑.

关键词：天线传输线法输入阻抗匹配有效辐射

酸性浸润干燥辅助低水耗水代法提取亚麻籽油工艺

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农业工程学报 2020年第6期36卷 284-291页

作者：张文斌彭怀云杨瑞金华霄赵伟江南大学食品科学与技术国家重点实验室无锡214122 江苏省食品安全与质量控制协同创新中心无锡214122 江南大学食品学院无锡214122

为解决传统水代法提取亚麻籽油过程中乳状液生成过多,耗水量大等问题,该文在低料液比1:2.5 kg/L的条件下,探究了水代法提取亚麻籽油的工艺。结果表明,酸浸润预处理通过影响亚麻蛋白的溶解度,有效提高水代法中的清油得率,由未处理时的18.... 详细信息

为解决传统水代法提取亚麻籽油过程中乳状液生成过多,耗水量大等问题,该文在低料液比1:2.5 kg/L的条件下,探究了水代法提取亚麻籽油的工艺。结果表明,酸浸润预处理通过影响亚麻蛋白的溶解度,有效提高水代法中的清油得率,由未处理时的18.95%±0.91%提升至83.27%±0.67%。水代法提取亚麻籽油的工艺优化结果为:pH值9.0、温度50℃、料液比1∶2.5 kg/L、提取时间2 h。在此条件下,清油得率为82.88%±0.30%。在水代法提油后的水相中添加50%原料质量的纯水重复提取渣相后,渣相残油率从3.97%±0.11%降至2.09%±0.04%。剩余乳状液经木瓜蛋白酶破乳后,总清油得率为93.44%±0.29%。水代法得到的亚麻籽油各项指标均符合一级成品亚麻籽油标准。该研究为亚麻籽油的高效提取提供了一种新的思路。

关键词：提取工艺优化亚麻籽油水代法酸性浸润乳状液低水耗

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海底有限长极低频线电流在海面附近产生的场

电波科学学报 2016年第2期31卷 247-252页

作者：陈宇王洪发彭怀云韩逍菲中国电波传播研究所电波环境特性及模化技术重点实验室青岛266107 中国电波传播研究所青岛266107 西安电子科技大学理学院西安710071

针对海缆故障点的检测与定位,将海缆看作位于海床以下的有限长线电流源,从麦克斯韦方程和边界条件出发,推导了其在大气层-海水层-岩层三层平面分层介质下的电磁场的积分表达式,采用数值积分对海缆在不同观测点位置产生的磁场进行了分析... 详细信息

针对海缆故障点的检测与定位,将海缆看作位于海床以下的有限长线电流源,从麦克斯韦方程和边界条件出发,推导了其在大气层-海水层-岩层三层平面分层介质下的电磁场的积分表达式,采用数值积分对海缆在不同观测点位置产生的磁场进行了分析.由断点附近海面上磁场分布的特征可以估计出海缆的走向及断点的位置.

关键词：海缆检测与定位有限长线电流源

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基于全波法的甚低频波对低电离层扰动分析

电波科学学报 2021年第4期36卷 619-629页

作者：孙佳欣彭怀云李清亮中国电波传播研究所电波环境特性及模化技术重点实验室青岛266107

通过全波解反射系数和波模振幅递归算法,文中分析了平面波在水平电离层分层结构中的能流分布规律,结合电离层化学反应模型对电离层参量的扰动情况进行仿真,并与其他文献中使用的方法相比.全波计算方法考虑到了各层反射、透射波相互叠加... 详细信息

通过全波解反射系数和波模振幅递归算法,文中分析了平面波在水平电离层分层结构中的能流分布规律,结合电离层化学反应模型对电离层参量的扰动情况进行仿真,并与其他文献中使用的方法相比.全波计算方法考虑到了各层反射、透射波相互叠加的情况,仿真结果对比发现,用全波法得到的能流吸收和电子温度扰动幅度更大.不同入射波参数、地磁场参数、电离层背景参量下的扰动情况对比发现:改变电波入射角会使电离层中电波的反射吸收高度发生变化;改变方位角和地磁倾角仅影响电离层能流吸收幅度,不会对电波反射高度造成影响;改变中性成分的浓度和温度会影响电离层的能量损失和化学反应过程.

关键词：电离层扰动甚低频电子温度电子浓度全波法

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300 kHz以下频段电波传播研究进展

电波科学学报 2023年第4期38卷 574-590页

作者：李清亮张世田刘凯彭怀云中国电波传播研究所电波环境特性及模化技术重点实验室青岛266107

300 kHz以下频段是深海、深地、深空探测以及远距离通信导航等无线电系统的重要频谱资源,其电波传播特性持续受到人们的关注并得到了快速发展.本文主要介绍中国电波传播研究所和国内相关合作团队在此方面的研究进展.针对对地基导航授时... 详细信息

300 kHz以下频段是深海、深地、深空探测以及远距离通信导航等无线电系统的重要频谱资源,其电波传播特性持续受到人们的关注并得到了快速发展.本文主要介绍中国电波传播研究所和国内相关合作团队在此方面的研究进展.针对对地基导航授时系统有重要影响的附加二次时延(additional secondary phasefactor,ASF),发展了理论与实验测量相结合满足工程需要的ASF修正模型.针对水中目标探测和电磁辐射问题,发展了跨海面(床)电波传播时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)计算方法,相对于传统的Sommerfeld积分方程,解决复杂问题的能力大幅提升.针对空间环境探测与应用涉及的星-地链路问题,分别从全波解、积分方程和FDTD三种方法出发,解决了地基或天基VLF辐射源跨介质传播计算,建立了各向异性电离层中线天线分析理论方法.针对VLF地-电离层波导远距离传播问题,在传统波导模理论的基础上,发展了有限元法(finite element method,FEM)和测算融合方法,前者为昼夜过渡区波模转换提供了解决途径,后者为传播链路高精度预测奠定了基础.最后,从计算方法和计算中所用物理参数两方面,提出了研究展望.

关键词： 300 kHz以下频段电波传播 ASF 地-电离层波导跨介质传播电离层中线天线