CN104849747B - 一种优化气枪阵列的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种优化气枪阵列的方法和装置，包括：初始化气枪阵列的所有粒子的状态向量和速度；根据初始化的状态向量计算所有粒子的远场子波的频谱，根据计算得到的远场子波的频谱计算频带大于远场子波的频谱的频带的期望函数，并计算远场子波的频谱和期望函数之间的第一差值；根据计算得到的所有粒子的第一差值和所有粒子的速度更新所有粒子的状态向量和速度，继续计算更新后的第一差值，直到计算得到的第一差值与上一次迭代计算得到的第一差值之间的第二差值小于或等于预设阈值；根据迭代结果中选择第一差值最小的粒子的状态向量计算气枪阵列中所有气枪的最优三维空间坐标位置。本发明拓展了远场子波的频带。
Description
技术领域
本发明涉及海洋石油地球物理勘探领域，尤指一种优化气枪阵列的方法和装置。
背景技术
气枪阵列因为环保，稳定等特点在海洋资源勘探中得到了广泛应用。现阶段的气枪阵列常规组合激发虽已具有能量强、频谱宽及施工安全等特点，但由于远场子波在传播过程中能量不断减小，导致对地震勘探的精度产生影响。而现有技术中尚未提出有效的方法拓展远场子波的频带。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种优化气枪阵列的方法和装置，能够拓展远场子波的频带。
为了达到上述目的，本发明提出了一种优化气枪阵列的方法，包括：
初始化气枪阵列的所有粒子的状态向量和速度；
根据初始化的状态向量计算所有粒子的远场子波的频谱，根据计算得到的远场子波的频谱计算频带大于远场子波的频谱的频带的期望函数，并计算远场子波的频谱和期望函数之间的第一差值；
根据计算得到的所有粒子的第一差值和所有粒子的速度更新所有粒子的状态向量和速度，继续计算更新后的第一差值，直到计算得到的第一差值与上一次迭代计算得到的第一差值之间的第二差值小于或等于预设阈值；
根据迭代结果中选择第一差值最小的粒子的状态向量计算气枪阵列中所有气枪的最优三维空间坐标位置。
优选地，所述根据初始化的状态向量计算所有粒子的远场子波的频谱包 括：
对于每一个粒子，根据所述初始化的状态向量计算单枪挂点或相干枪挂点相对所述气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间，根据计算得到的所述单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间计算所述远场子波的频谱。
优选地，所述根据初始化的状态向量计算单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间包括：
按照公式计算所述单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间τl；按照公式
计算所述鬼波延迟时间τ0l；
按照公式计算编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期τ1l；
按照公式计算所述编号为l的相干枪挂点对应的各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间τ2l；
其中，(xl，yl，zl)为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的坐标，(x0，y0，z0)为所述气枪阵列的对称中心的坐标，V水为水速；(x'0，y'0，z'0)为测试点的坐标；C3为经验常数，P为初始压力，Vl为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气枪容量；N为所述编号为l的相干枪挂点对应的任意两个相干枪之间的距离。
优选地，所述根据计算得到的单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对 称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间计算远场子波的频谱包括：
按照公式计算所述远场子波的频谱；
其中，按照公式计算所述编号为k的单枪挂点的频谱Sk(f)；
按照公式计算水平相干枪挂点的频谱Sj(f)；
按照公式计算垂直相干枪挂点的频谱Sj(f)；
按照公式计算Tl(f)；
按照公式Sl(f)＝C(f)L(f)Gl(f)Pl(f)Rl(f)计算所述编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的频谱Sl(f)；
按照公式计算所述C(f)；按照公式计算所述L(f)；按照公式计算所述Gl(f)；按照公式 计算所述Pl(f)；按照公式计算所述编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气泡比Bl；
其中，f为所述远场子波的频率，k表示单枪挂点编号，j表示相干枪挂点编号，Q为所述单枪挂点数目，T为所述相干枪挂点数目，Sk(f)为考虑相对所述气枪阵列的对称中心的延迟时间时，编号为k的单枪挂点的频谱，Sj(f)为考虑相对所述气枪阵列的对称中心的延迟时间时，编号为j的相干枪挂点的频谱；
Sl(f)为不考虑相对所述气枪阵列的对称中心的延迟时间时，编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的频谱，τl为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间；
T(f)为相干枪影响因子，τl＝j为编号为j的相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时，τ2l为所述编号为l的相干枪挂点对应的各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间；
Bl为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气泡比，w＝2πf为所述远场子波的角频率，τ1l为所述编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期，M为气枪的理想相干距离，Nl为所述编号为l的相干枪挂点对应的各相干枪所在圆的直径；
C(f)为采样滤波函数，L(f)为记录长度滤波函数，Gl(f)为所述编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的鬼波响应函数，Pl(f)为所述编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气泡响应函数，Rl(f)为所述编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的尖脉冲函数所对应的频谱，或理论子波对应的频谱；
fs为所述远场子波的采样频率，r0为海平面反射系数，τ0l为所述编号为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的鬼波延迟时间，C2为经验常数，Vl为所述编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气枪容量。
优选地，所述根据计算得到的远场子波的频谱计算频带大于远场子波的频谱的频带的期望函数包括：
根据所述远场子波的频谱计算所述远场子波的平均频谱、或所述远场子波的频谱的N阶包络、或所述远场子波的频谱的一阶包络的平均频谱。
优选地，所述根据远场子波的频谱计算远场子波的一阶包络的平均频谱包括：
按照公式计算所述远场子波的一阶包络EA1，根据计算得到的远场子波的一阶包络计算所述远场子波的一阶包络的平均频谱；
其中，为△A的希尔伯特变换，为对取模；
其中，按照公式计算△A；
其中，A为所述远场子波的频谱，为所述远场子波的平均频谱。
优选地，所述根据远场子波的频谱计算远场子波的N阶包络包括：
按照公式计算所述远场子波的频谱的N阶包络，按照公式计算所述ΔEAN-1；
其中，EAN为所述远场子波的频谱的N阶包络，所述为所述ΔEAN-1的希尔伯特变换。
优选地，所述根据迭代结果中选择第一差值最小的粒子的状态向量计算气枪阵列中所有气枪的最优三维空间坐标位置包括：
确定单枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl1，yl1，zl1)；确定水平相干枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl2+τ2lV水，yl2，zl2)和(xl2－τ2lV水，yl2，zl2)，或者(xl2，yl2+τ2lV水，zl2)和(xl2，yl2－τ2lV 水，zl2)；
确定垂直相干枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl2，yl2，zl2+τ2lV水)和(xl2，yl2，zl2－τ2lV水)；
其中，(xl1，yl1，zl1)迭代结果中第一差值最小的粒子的状态向量中单枪挂点的三维空间坐标位置，(xl2，yl2，zl2)迭代结果中第一差值最小的粒子的状态向量中相干枪挂点的三维空间坐标位置，τ2为各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间，V水为水速。
本发明还提出了一种优化气枪阵列的装置，至少包括：
初始化模块，用于初始化气枪阵列的所有粒子的状态向量和速度；
第一计算模块，用于根据初始化的状态向量计算所有粒子的远场子波的频谱，根据计算得到的远场子波的频谱计算频带大于远场子波的频谱的频带的期望函数，并计算远场子波的频谱和期望函数之间的第一差值；
更新模块，用于根据计算得到的所有粒子的第一差值和所有粒子的速度更新所有粒子的状态向量和速度；
第一计算模块还用于：继续计算更新后的第一差值，直到计算得到的第 一差值与上一次迭代计算得到的第一差值之间的第二差值小于或等于预设阈值；
第二计算模块，用于根据迭代结果中选择第一差值最小的粒子的状态向量计算气枪阵列中所有气枪的最优三维空间坐标位置。
优选地，所述根据初始化的状态向量计算所有粒子的远场子波的频谱为：
对于每一个粒子，根据所述初始化的状态向量计算单枪挂点或相干枪挂点相对所述气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间，根据计算得到的所述单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间计算所述远场子波的频谱。
优选地，所述根据计算得到的远场子波的频谱计算频带大于远场子波的频谱的频带的期望函数为：
根据所述远场子波的频谱计算所述远场子波的平均频谱、或所述远场子波的频谱的N阶包络、或所述远场子波的频谱的一阶包络的平均频谱。
优选地，所述第二计算模块具体用于：
确定单枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl1，yl1，zl1)；确定水平相干枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl2+τ2lV水，yl2，zl2)和(xl2－τ2lV水，yl2，zl2)，或者(xl2，yl2+τ2lV水，zl2)和(xl2，yl2－τ2lV水，zl2)；
确定垂直相干枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl2，yl2，zl2+τ2lV水)和(xl2，yl2，zl2－τ2lV水)；
其中，(xl1，yl1，zl1)迭代结果中第一差值最小的粒子的状态向量中单枪挂点的三维空间坐标位置，(xl2，yl2，zl2)迭代结果中第一差值最小的粒子的状态向量中相干枪挂点的三维空间坐标位置，τ2为各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间，V水为水速。
与现有技术相比，本发明包括：初始化气枪阵列的所有粒子的状态向量 和速度；根据初始化的状态向量计算所有粒子的远场子波的频谱，根据计算得到的远场子波的频谱计算频带大于远场子波的频谱的频带的期望函数，并计算远场子波的频谱和期望函数之间的第一差值；根据计算得到的所有粒子的第一差值和所有粒子的速度更新所有粒子的状态向量和速度，继续计算更新后的第一差值，直到计算得到的第一差值与上一次迭代计算得到的第一差值之间的第二差值小于或等于预设阈值；根据迭代结果中选择第一差值最小的粒子的状态向量计算气枪阵列中所有气枪的最优三维空间坐标位置。通过本发明的方案，第一差值越小，远场子波的频谱的频带越大，因此，拓展了远场子波的频带。
附图说明
下面对本发明实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本发明的进一步理解，与说明书一起用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限制。
图1为本发明优化气枪阵列的方法的流程图；
图2为本发明采用表1的数据进行拟合获得C3的示意图；
图3为本发明采用表1的数据进行拟合获得C2的示意图；
图4为本发明优化气枪阵列的装置的结构组成示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述，并不能用来限制本发明的保护范围。
参见图1，本发明提出了一种优化气枪阵列的方法，包括：
步骤100、初始化气枪阵列的所有粒子的状态向量和速度。
本步骤中，每个粒子的状态向量是由气枪阵列中所有气枪挂点的三维空间坐标位置(X，Y，Z)、压力P气枪和气泡体积等效容积V构成的多维空间向量。
其中，气枪挂点的三维空间坐标位置为优化参数，其他为非优化参数。
本步骤中，具体如何初始化气枪阵列的所有粒子的状态向量和速度属于本领域技术人员的公知技术，并不用于限定本发明的保护范围，这里不再赘述。
步骤101、根据初始化的状态向量计算所有粒子的远场子波的频谱，根据计算得到的远场子波的频谱计算频带大于远场子波的频谱的频带的期望函数，并计算远场子波的频谱和期望函数之间的第一差值。
本步骤中，根据初始化的状态向量计算所有粒子的远场子波的频谱包括：对于每一个粒子，根据初始化的状态向量计算单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间，根据计算得到的单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间计算远场子波的频谱。
其中，根据初始化的状态向量计算单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间包括：
按照公式(1)计算单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间τl。
其中，(xl，yl，zl)为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的坐标，(x0，y0，z0)为气枪阵列的对称中心的坐标，V水为水速。
按照公式(2)计算鬼波延迟时间τ0l。
其中，(x'0，y'0，z'0)为测试点的坐标。
按照公式(3)计算编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期τ1l。
其中，C3为经验常数，P为初始压力，Vl为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气枪容量。
其中，C3可以采用拟合的方式获得。例如，表1为不同气枪容量对应的远场子波的特征参数表。
表1
采用表1的数据进行拟合就能够得到C3。图2为采用表1的数据进行拟合获得C3的示意图。如图2所示，得到C3的值为12.5530。
按照公式(4)计算各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间τ2l。
其中，Nl为编号为l的相干枪挂点对应的任意两个相干枪之间的距离。
根据计算得到的单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间计算远场子波的频谱包括：
按照公式(5)计算远场子波的频谱S(f)。
其中，f为远场子波的频率，k表示单枪挂点编号，j表示相干枪挂点编号，Q为单枪挂点数目，T为相干枪挂点(即两个相干枪的对称中心)数目，Sk(f)为编号为k的单枪挂点的频谱，Sj(f)为编号为j的相干枪挂点的频谱。
其中，相干枪挂点是指两个或两个以上相干枪的对称中心。
其中，按照公式(6)计算编号为k的单枪挂点的频谱Sk(f)。
其中，Sl(f)为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的频谱，τl为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间。
其中，按照公式(7)计算编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的频谱Sl(f)。
Sl(f)＝C(f)L(f)Gl(f)Pl(f)Rl(f) (7)
其中，C(f)为采样滤波函数，L(f)为记录长度滤波函数，Gl(f)为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的鬼波响应函数，Pl(f)为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气泡响应函数，Rl(f)为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的尖脉冲函数所对应的频谱，或理论子波(如Ricker子波，或模拟的子波)对应的频谱。
按照公式(8)计算C(f)。
其中，fs为远场子波的采样频率。
按照公式(9)计算L(f)。
按照公式(10)计算Gl(f)。
其中，r0为海平面反射系数，取值范围为[-1,1]，τ0l为编号为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的鬼波延迟时间。
按照公式(11)计算Pl(f)。
按照公式(12)计算编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气泡比Bl。
其中，C2为经验常数，Vl为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气枪容量。
其中，C2可以采用拟合的方式获得。例如，采用表1的数据进行拟合就能够得到C2。图3为采用表1的数据进行拟合获得C2的示意图。如图3所示，得到C2的值为2.3018。
其中，按照公式(13)计算水平相干枪挂点的频谱Sj(f)。
其中，T(f)为相干枪影响因子，τl＝j为编号为j的相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时，τ2l为编号为l的相干枪挂点对应的各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间。
按照公式(14)计算垂直相干枪挂点的频谱Sj(f)。
按照公式(15)计算Tl(f)。
其中，Bl为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气泡比，w＝2πf为远场子波的角频率，τ1l为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期，M为气枪的理想相干距离，Nl为编号为l的相干枪挂点对应的各相干枪所在圆的直径。
其中，可以按照公式(1)计算τl＝j。
本步骤中，期望函数可以是远场子波的平均频谱、或远场子波的频谱的N阶包络、或远场子波的频谱的一阶包络的平均频谱。
其中，可以采用现有的算法根据远场子波的频谱计算远场子波的平均频谱，具体实现属于本领域技术人员的公知技术，并不用于限定本发明的保护范围，这里不再赘述。
其中，可以采用现有的算法根据远场子波的频谱的一阶包络计算远场子波的频谱的一阶包络的平均频谱，具体实现属于本领域技术人员的公知技术，并不用于限定本发明的保护范围，这里不再赘述。
按照公式计算远场子波的频谱的N阶包络，按照公式计算ΔEAN-1。
其中，EAN为远场子波的频谱的N阶包络，为ΔEAN-1的希尔伯特变换。
按照公式(16)计算远场子波的一阶包络。
其中，为△A的希尔伯特变换，为对取模。
按照公式(17)计算△A。
其中，A为远场子波的频谱，为远场子波的平均频谱。
步骤102、根据计算得到的所有粒子的第一差值和所有粒子的速度更新所有粒子的状态向量和速度，继续计算更新后的第一差值，直到计算得到的第一差值与上一次迭代计算得到的第一差值之间的第二差值小于或等于预设阈值。
本步骤中，根据公式(18)或公式(19)更新每个粒子的状态向量和速度。
其中，x′id为更新后的粒子的状态向量中的一个优化参数，xid为更新前的粒子的状态向量中的一个优化参数，v′id为更新后的粒子的速度，vid为更新前的粒子的速度，v′id,vid∈[-vmax,vmax]，vmax为常数，由用户设定来限制粒子的速度，w为权重因子，c1和c2为学习因子，也称加速常数(acceleration constant)，r1和r2为[0，1]范围内的均匀随机数，pid为上一次迭代过程中第一差值最小的粒子的状态向量，pgd为整个粒子群迄今为止第一差值最小的粒子的状态向量。
公式v′id＝wvid+c1r1(pid-xid)c2r2(pgd-xid)右边由三部分组成，第一部分为“惯性(inertia)”或“动量(momentum)”部分，反映了粒子的运动“习惯(habit)”，代表粒子有维持自己先前速度的趋势；第二部分为“认知(cognition)”部分，反映了粒子对自身历史经验的记忆(memory)或回忆(remembrance)，代表粒子有向自身历史最佳位置逼近的趋势；第三部分为“社会(social)”部分，反映了粒子间协同合作与知识共享的群体历史经验，代表粒子有向群体或邻域历史最佳位置逼近的趋势，根据经验，通常c1＝c2＝2。
根据公式(18)更新粒子的速度时，如果c1的值较大，则会使得粒子过多的在局部范围内徘徊，而如果c2的值较大，则会促使粒子过早的收敛到局部最小值，从而影响迭代的结果。而采用公式(19)更新粒子的速度时能够有效控制粒子的速度使得算法达到全局探测与局部开采两者间的有效平衡，提高了求取最优解的收敛速度。
为了保证算法的顺利求解，c1+c2必须大于4。
步骤103、根据迭代结果中选择第一差值最小的粒子的状态向量计算气枪阵列中所有气枪的最优三维空间坐标位置。
本步骤中，如果挂点为单枪挂点，则单枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl1，yl1，zl1)；如果挂点位为水平相干枪挂点，则水平相干枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl2+τ2lV水，yl2，zl2)和(xl2－τ2lV水，yl2，zl2)，或者(xl2，yl2+τ2lV水，zl2)和(xl2，yl2－τ2lV水，zl2)；如果挂点为垂直相干枪挂点，则垂直相干枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl2，yl2，zl2+τ2lV水)和(xl2，yl2，zl2－τ2lV水)。
其中，(xl1，yl1，zl1)迭代结果中第一差值最小的粒子的状态向量中单枪挂点的三维空间坐标位置，(xl2，yl2，zl2)迭代结果中第一差值最小的粒子的状态向量中相干枪挂点的三维空间坐标位置。
参见图4，本发明还提出了一种优化气枪阵列的装置，至少包括：
初始化模块，用于初始化气枪阵列的所有粒子的状态向量和速度；
第一计算模块，用于根据初始化的状态向量计算所有粒子的远场子波的频谱，根据计算得到的远场子波的频谱计算频带大于远场子波的频谱的频带的期望函数，并计算远场子波的频谱和期望函数之间的第一差值；
更新模块，用于根据计算得到的所有粒子的第一差值和所有粒子的速度更新所有粒子的状态向量和速度；
第一计算模块还用于：继续计算更新后的第一差值，直到计算得到的第一差值与上一次迭代计算得到的第一差值之间的第二差值小于或等于预设阈值；
第二计算模块，用于根据迭代结果中选择第一差值最小的粒子的状态向量计算气枪阵列中所有气枪的最优三维空间坐标位置。
本发明的装置中，根据初始化的状态向量计算所有粒子的远场子波的频谱为：
对于每一个粒子，根据初始化的状态向量计算单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间，根据计算得到的单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间计算远场子波的频谱。
本发明的装置中，根据计算得到的远场子波的频谱计算频带大于远场子波的频谱的频带的期望函数为：
根据远场子波的频谱计算远场子波的平均频谱、或远场子波的频谱的N阶包络、或远场子波的频谱的一阶包络的平均频谱。
本发明的装置中，第二计算模块具体用于：
确定单枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl1，yl1，zl1)；确定水平相干枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl2+τ2lV水，yl2，zl2)和(xl2－τ2lV水，yl2，zl2)，或者(xl2，yl2+τ2lV水，zl2)和(xl2，yl2－τ2lV 水，zl2)；
确定垂直相干枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl2，yl2，zl2+τ2lV水)和(xl2，yl2，zl2－τ2lV水)；
其中，(xl1，yl1，zl1)迭代结果中第一差值最小的粒子的状态向量中单枪挂点的三维空间坐标位置，(xl2，yl2，zl2)迭代结果中第一差值最小的粒子的状态向量中相干枪挂点的三维空间坐标位置，τ2为各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间，V水为水速。
需要说明的是，以上所述的实施例仅是为了便于本领域的技术人员理解而已，并不用于限制本发明的保护范围，在不脱离本发明的发明构思的前提 下，本领域技术人员对本发明所做出的任何显而易见的替换和改进等均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种优化气枪阵列的方法，其特征在于，包括：
初始化气枪阵列的所有粒子的状态向量和速度；
根据初始化的状态向量计算所有粒子的远场子波的频谱，根据计算得到的远场子波的频谱计算频带大于远场子波的频谱的频带的期望函数，并计算远场子波的频谱和期望函数之间的第一差值；
根据计算得到的所有粒子的第一差值和所有粒子的速度更新所有粒子的状态向量和速度，继续计算更新后的第一差值，直到计算得到的第一差值与上一次迭代计算得到的第一差值之间的第二差值小于或等于预设阈值；
根据迭代结果中选择第一差值最小的粒子的状态向量计算气枪阵列中所有气枪的最优三维空间坐标位置；
其中，所述根据计算得到的远场子波的频谱计算频带大于远场子波的频谱的频带的期望函数包括：根据所述远场子波的频谱计算所述远场子波的频谱的N阶包络或所述远场子波的频谱的一阶包络的平均频谱；
其中，所述根据远场子波的频谱计算远场子波的N阶包络包括：
按照公式计算所述远场子波的频谱的N阶包络，按照公式计算所述ΔEAN-1；
其中，EAN为所述远场子波的频谱的N阶包络，所述为所述ΔEAN-1的希尔伯特变换；
其中，所述根据远场子波的频谱计算远场子波的一阶包络的平均频谱包括：
按照公式计算所述远场子波的一阶包络EA1，根据计算得到的远场子波的一阶包络计算所述远场子波的一阶包络的平均频谱；
其中，为△A的希尔伯特变换，为对取模；
其中，按照公式计算△A；
其中，A为所述远场子波的频谱，为所述远场子波的平均频谱。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据初始化的状态向量计算所有粒子的远场子波的频谱包括：
对于每一个粒子，根据所述初始化的状态向量计算单枪挂点或相干枪挂点相对所述气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间，根据计算得到的所述单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间计算所述远场子波的频谱。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据初始化的状态向量计算单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间包括：
按照公式计算所述单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间τl；按照公式
计算所述鬼波延迟时间τ0l；
按照公式计算编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期τ1l；
按照公式计算所述编号为l的相干枪挂点对应的各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间τ2l；
其中，(xl，yl，zl)为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的坐标，(x0，y0，z0)为所述气枪阵列的对称中心的坐标，V水为水速；(x'0，y'0，z'0)为测试点的坐标；C3为经验常数，P为初始压力，Vl为编号为l的单枪挂点或 相干枪挂点的气枪容量；N为所述编号为l的相干枪挂点对应的任意两个相干枪之间的距离。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据计算得到的单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间计算远场子波的频谱包括：
按照公式计算所述远场子波的频谱；
其中，按照公式计算所述编号为k的单枪挂点的频谱Sk(f)；
按照公式计算水平相干枪挂点的频谱Sj(f)；
按照公式计算垂直相干枪挂点的频谱Sj(f)；
按照公式计算Tl(f)；
按照公式Sl(f)＝C(f)L(f)Gl(f)Pl(f)Rl(f)计算所述编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的频谱Sl(f)；
按照公式计算所述C(f)；按照公式计算所述L(f)；按照公式计算所述Gl(f)；按照公式 计算所述Pl(f)；按照公式计算所述编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气泡比Bl；
其中，f为所述远场子波的频率，k表示单枪挂点编号，j表示相干枪挂点编号，Q为所述单枪挂点数目，T为所述相干枪挂点数目，Sk(f)为考虑相对所述气枪阵列的对称中心的延迟时间时，编号为k的单枪挂点的频谱，Sj(f)为考虑相对所述气枪阵列的对称中心的延迟时间时，编号为j的相干枪挂点的频谱；
Sl(f)为不考虑相对所述气枪阵列的对称中心的延迟时间时，编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的频谱，τl为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间；
T(f)为相干枪影响因子，τl＝j为编号为j的相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时，τ2l为所述编号为l的相干枪挂点对应的各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间；
Bl为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气泡比，w＝2πf为所述远场子波的角频率，τ1l为所述编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期，M为气枪的理想相干距离，Nl为所述编号为l的相干枪挂点对应的各相干枪所在圆的直径；
C(f)为采样滤波函数，L(f)为记录长度滤波函数，Gl(f)为所述编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的鬼波响应函数，Pl(f)为所述编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气泡响应函数，Rl(f)为所述编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的尖脉冲函数所对应的频谱，或理论子波对应的频谱；
fs为所述远场子波的采样频率，r0为海平面反射系数，τ0l为所述编号为编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的鬼波延迟时间，C2为经验常数，Vl为所述编号为l的单枪挂点或相干枪挂点的气枪容量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据迭代结果中选择第一差值最小的粒子的状态向量计算气枪阵列中所有气枪的最优三维空间坐标位置包括：
确定单枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl1，yl1，zl1)；确定水平相干枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl2+τ2lV水，yl2，zl2)和(xl2－τ2lV水，yl2，zl2)，或者(xl2，yl2+τ2lV水，zl2)和(xl2，yl2－τ2lV 水，zl2)；
确定垂直相干枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl2，yl2，zl2+τ2lV水)和(xl2，yl2，zl2－τ2lV水)；
其中，(xl1，yl1，zl1)迭代结果中第一差值最小的粒子的状态向量中单枪挂点的三维空间坐标位置，(xl2，yl2，zl2)迭代结果中第一差值最小的粒子的状态向量中相干枪挂点的三维空间坐标位置，τ2为各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间，V水为水速。
6.一种优化气枪阵列的装置，其特征在于，至少包括：
初始化模块，用于初始化气枪阵列的所有粒子的状态向量和速度；
第一计算模块，用于根据初始化的状态向量计算所有粒子的远场子波的频谱，根据计算得到的远场子波的频谱计算频带大于远场子波的频谱的频带的期望函数，并计算远场子波的频谱和期望函数之间的第一差值；
更新模块，用于根据计算得到的所有粒子的第一差值和所有粒子的速度更新所有粒子的状态向量和速度；
第一计算模块还用于：继续计算更新后的第一差值，直到计算得到的第一差值与上一次迭代计算得到的第一差值之间的第二差值小于或等于预设阈值；
第二计算模块，用于根据迭代结果中选择第一差值最小的粒子的状态向量计算气枪阵列中所有气枪的最优三维空间坐标位置；
其中，所述根据计算得到的远场子波的频谱计算频带大于远场子波的频谱的频带的期望函数为：根据所述远场子波的频谱计算所述远场子波的频谱的N阶包络或所述远场子波的频谱的一阶包络的平均频谱；
其中，所述根据远场子波的频谱计算远场子波的N阶包络包括：
按照公式计算所述远场子波的频谱的N阶包络，按照公式计算所述ΔEAN-1；
其中，EAN为所述远场子波的频谱的N阶包络，所述为所述ΔEAN-1 的希尔伯特变换；
其中，所述根据远场子波的频谱计算远场子波的一阶包络的平均频谱包括：
按照公式计算所述远场子波的一阶包络EA1，根据计算得到的远场子波的一阶包络计算所述远场子波的一阶包络的平均频谱；
其中，为△A的希尔伯特变换，为对取模；
其中，按照公式计算△A；
其中，A为所述远场子波的频谱，为所述远场子波的平均频谱。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述根据初始化的状态向量计算所有粒子的远场子波的频谱为：
对于每一个粒子，根据所述初始化的状态向量计算单枪挂点或相干枪挂点相对所述气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间，根据计算得到的所述单枪挂点或相干枪挂点相对气枪阵列的对称中心的延迟时间、鬼波延迟时间、单枪挂点或相干枪挂点的气泡周期和各相干枪相对相干枪挂点的延迟时间计算所述远场子波的频谱。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块具体用于：
确定单枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl1，yl1，zl1)；确定水平相干枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl2+τ2lV水，yl2，zl2)和(xl2－τ2lV水，yl2，zl2)，或者(xl2，yl2+τ2lV水，zl2)和(xl2，yl2－τ2lV水，zl2)；
确定垂直相干枪挂点对应的气枪的最优三维空间坐标位置为(xl2，yl2，zl2+τ2lV水)和(xl2，yl2，zl2－τ2lV水)；
其中，(xl1，yl1，zl1)迭代结果中第一差值最小的粒子的状态向量中单枪挂点的三维空间坐标位置，(xl2，yl2，zl2)迭代结果中第一差值最小的粒子的状态向量中相干枪挂点的三维空间坐标位置，τ2为各相干枪相对相干枪 挂点的延迟时间，V水为水速。
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