可控震源伪随机扫描信号生成方法

摘要

本发明是地球物理勘探中地震采集可控震源伪随机扫描信号生成方法,根据所要生成的Num组可控震源伪随机扫描信号长度生成Gold序列码，得到目标振幅谱,在时间域中对Num组振幅谱整形信号的互相关和自相关进行加窗处理得到压制后的Num组重构信号,使用相同时间点位置上各Num组高切滤波信号的之间的互相关最大值除以每组信号的零时刻自相关最小值得到Num组高切滤波信号的最大相对互相关值；迭代修改生成最终的Num组可控震源伪随机扫描信号,本发明能够使得各组伪随机信号间的互相关效弱，从而抑制高效采集过程中的邻炮干扰，改进炮记录的分离质量，瞬时频率能量并不随时间呈现单调变化，从而能够大大降低可控震源施工过程中引起周围建筑共振的风险。

主权项

一种可控震源伪随机扫描信号生成方法，特征是通过以下技术步骤实现：1)根据所要生成的Num组可控震源伪随机扫描信号长度，在二元线性反馈移位寄存器上生成Gold序列码，任意选出Num组Gold序列码供生成后续的可控震源伪随机扫描信号，其中，所述生成Gold序列码是首先获取阶数为n的全部本原多项式，再将本原多项式的各项系数设置为二元线性反馈移位寄存器开关，利用此二元线性反馈移位寄存器即可生成与各组本原多项式对应的m序列；此后，从众多m序列中，确定一组互相关值最小的m序列优选对，并对此m序列优选对进行模2和运算，可生成一组Gold序列，每当改变两组m序列相对位置时，即生成一组新Gold序列；2)根据所要生成的Num组可控震源伪随机扫描信号频率域的采样间隔Δf，以及最大频率f_max，利用下式得到目标振幅谱：Target(f)＝g₁(f)g₂(f)              (1)此处，$g_1\left(f\right)={\left(\frac{f}{F_1}\right)}^2{[{(1-{\left(\frac{f}{F_1}\right)}^2)}^2+{\left(\sqrt{2}\right(\frac{f}{F_1}\left)\right)}^2]}^{-0.5}---\left(2\right)$并且当F₂＜f≤F₃时，当f≤F₂时，g₂(f)＝1               (4)当f＞F₃时，g₂(f)＝0               (5)公式(1)至(5)中，f表示频率采样位置，其间隔为Δf，单位为Hz，g₁(f)为低切滤波器，g₂(f)为高切滤波器，F₁表示低切频率值的1/2，F₂表示高切频率值，F₃表示高频振幅为零值的频率值，且F₃＜f_max；3)应用目标振幅谱与匹配滤波器对Num组Gold序列码进行振幅谱整形，生成Num组振幅谱整形信号，其中，所述振幅谱整形是一个循环迭代的过程，当第一次执行步骤3)时，处理的信号为Gold序列码，当第二次及以后执行步骤3)时，此步处理的信号为步骤10)生成的Num组高切滤波信号；4)对得到的Num组振幅谱整形信号进行相关运算；5)使用相同时间点位置上各Num组振幅谱整形信号之间的互相关最大值除以每组信号的零时刻自相关最小值得到Num组振幅谱整形信号的最大相对互相关值Rmax_i^a；6)在时间域中，对Num组振幅谱整形信号的互相关和自相关进行加窗处理，得到加窗后的相关序列；7)利用公式(9)和(10)对Num组振幅谱整形信号进行重构，得到互相关压制后的Num组重构信号；对于重构获得的任一组扫描信号i＝1,2,……,Num，可用如下公式获得其近似解：$F\left\{\overline{S_i}\right\}\approx F\left\{S_i\right\}-\beta *\left({\delta }_i\right)---\left(9\right)$公式(9)中，$\begin{array}{c}{\delta }_i\approx F\left\{R(S_i,\overline{S_1})\right\}/F\left\{R(\overline{S_1},\overline{S_1})\right\}*F\left\{\overline{S_1}\right\}+\\ F\left\{R(S_i,\overline{S_2})\right\}/F\left\{R(\overline{S_2},\overline{S_2})\right\}*F\left\{\overline{S_2}\right\}+\\ ............\\ +F\left\{R(S_i,\overline{S_{Num-1}})\right\}/F\left\{R(\overline{S_{Num-1}},\overline{S_{Num-1}})\right\}*F\left\{\overline{S_{Num-1}}\right\}\\ +F\left\{R(S_i,\overline{S_{Num}})\right\}/F\left\{R(\overline{S_{Num}},\overline{S_{Num}})\right\}*F\left\{\overline{S_{Num}}\right\}\end{array}---\left(\mathrm{10}\right)$式中，F{}表示对括号{}内的变量进行频率域运算；函数R(A,B)表示对信号A与信号B进行相关运算，且对相关运算结果进行加窗处理；i＝1,2,……,Num，表示重构前的振幅谱整形信号；i＝1,2,……,Num，表示重构所获得的信号；β表示一组常量，根据其扫描间隔Δβ，对最小值β_min与最大值β_max之间的取值范围进行扫描搜索；8)应用目标振幅谱对Num组重构信号进行振幅谱整形，过程与步骤3)相同；9)采用以下计算对Num组重构整形信号进行能级加强，得到Num组能级加强信号；当‑1＜y＜1时，Compression(y)＝sin{y*(π/2)}            (11)当y取其它值时，Compression(y)＝sign(y)            (12)式中，Compression(y)表示对数值y进行能级加强处理后所获得的信号，sign(y)表示取数值y的符号，y利用公式y＝η*(x/σ)计算得到，该式中的x表示伪随机扫描信号在各采样时间位置上的样点值，σ表示伪随机扫描信号的均方根，η是常数；所述的η常数为0.1‑0.5；10)对Num组能级加强信号进行高切滤波，得到Num组高切滤波信号；11)对Num组高切滤波信号进行相关运算，处理过程与步骤4)相同；12)使用相同时间点位置上各Num组高切滤波信号的之间的互相关最大值除以每组信号的零时刻自相关最小值得到Num组高切滤波信号的最大相对互相关值Rmax_i^b；13)对Num组高切滤波信号进行迭代修改，生成最终的Num组可控震源伪随机扫描信号，其中，所述迭代修改是将步骤12)计算得到的相对互相关值Rmax_i^b与步骤5)计算得到的相对互相关值Rmax_i^a进行比较，当Rmax_i^b＜Rmax_i^a时，并且正、负听时间范围内的最大相对互相关值低于门槛值，则将步骤10)中得到的Num组高切滤波信号重新输入至步骤3)，进入下一次循环迭代的信号修改处理，若已低于门槛值，则跳出循环，生成最终的Num组可控震源伪随机扫描信号；当Rmax_i^b≥Rmax_i^a时，再确定步骤7)中的β常量是否按照扫描间隔Δβ取过介于β_min至β_max之间的所有值，若否，则利用Δβ对β进行修改，并将步骤10)中得到的Num组高切滤波信号重新输入至步骤3)，进行下一次循环迭代的信号修改处理，若是，则说明信号间的互相关值已经无法进行进一步的压制，跳出循环，即可生成最终的Num组可控震源伪随机扫描信号；14)将步骤13)求得的扫描信号导入可控震源电控系统，作为可控震源地震勘探伪随机扫描信号进行勘探。