CN105467434B - 冲击夯可控震源变频伪随机编码扫描的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冲击夯可控震源变频伪随机编码扫描的控制方法,根据随机数原理为变频依据，将伪随机编码序列中的振动信号进行随机化，调整冲击夯的振动频率，最后得到变频伪随机编码扫描信号。经仿真模拟，变频伪随机编码扫描方式拓宽了冲击夯的振动频率范围，改善了由于单一振动频率引起的相关干扰问题。对比恒频伪随机编码扫描控制方式的自相关结果，相关子波的主瓣突出，旁瓣幅度小、衰减快，尾部振幅衰减快，明显的提高了分辨率和信噪比，提高了数据质量。与现有技术相比：旁瓣明显的降低，相关干扰明显减少，尾部振幅衰减快，说明子波分辨率好，信噪比高，明显的提高了地震数据质量。

Description

冲击夯可控震源变频伪随机编码扫描的控制方法

技术领域

本发明涉及一种可控震源控制方法，尤其是冲击夯可控震源变频伪随机编码扫描控制方法。

技术背景

在地震勘探中，由于冲击夯具有体积小，输出力大，对环境无破坏性等优点，越来越多的被应用于城市勘探以及地形复杂的山区地震勘探中。为了得到高质量的地震数据，需要冲击夯以尽可能随机的方式运动。

吉林大学2010年硕士论文公开了《基于伪随机编码的夯击震源技术研究》,介绍了一种基于伪随机编码的夯击震源技术进行研究采用单片机为电路的核心,产生伪随机编码信号,再通过电机对夯击震源的油门进行控制此多功能电路包含一个分电路,其电路的输出端与一个针插头和一个插头相连接,针插头和插头再与步进电机相连接多功能电路的另一端插头分别于数字键盘、液晶显示模块、蜂鸣器相连接。以上论文将冲击夯震源的振动扫描由手动改为由单片机主控的自动方式,但存在如在振动时,冲击夯震源的冲击力较大,电机容易损坏,缺少一个对电机的减震装置冲击夯震源振动扫描工作方式不精确,影响地震采集效果,不适用于长时间野外作业等不足。

CN102830425A公开了《冲击夯可控震源控制装置及控制方法》，由单片机作为控制器，控制编码方式及码源时间等参数，达到控制冲击夯震源油门的功能，完成精确控制震源编码扫描震动，并设计了减震装置，保护电机。解决了冲击夯震源精确控制扫描时间和手动操作带来的对地震数据采集不准的问题，还解决了步进电机在振动扫描时易损坏，不适用于长时间野外作业等问题。

CN104237931A公开了《冲击夯可控震源的三元伪随机编码匹配控制方法》，利用冲击夯可控震源激励信号发生器控制输出与三元伪随机编码序列对应的扫描信号，编码中的-1对应冲击夯的油门在最小位置，即输出力最小，编码中的0对应冲击夯的油门在中间位置，其输出力为最大夯力的一半，编码中的1对应冲击夯的油门在最大位置，即输出力最大，与二元伪随机编码方式相比得到的地震原始记录中相关干扰明显减弱，提高了信噪比和分辨率。

上述发明与现有技术相比，取得了良好的地震勘探效果，但是由于冲击夯冲击速率的不够随机，会使地震数据的相关结果存在信噪比和分辨率低的问题，最后影响了地震数据的质量。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，对冲击夯可控震源的扫描控制方法进行了改进，增加了冲击夯震动的频率范围，使冲击夯尽可能以随机的方式运行的一种冲击夯可控震源变频伪随机编码扫描控制方法，

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

1、一种冲击夯可控震源变频伪随机编码扫描控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、输入伪随机编码序列a(i)，长度L；

b、读取编码序列中0和1的个数，分别为M和N；

c、生成个数为M的0序列b(j)，生成个数为N的随机数列c(k)

d、将0码元和0序列b(j)进行匹配，

e、将1码元和随机数列c(k)进行匹配；

f、得到新的匹配序列d(i)；

g、以序列d(i)对应的内容为频率大小，进行频率匹配调制，最后得到变频伪随机编码扫描信号。

有益效果：经仿真模拟，结果表明，变频伪随机编码扫描方式拓宽了冲击夯的振动频率范围，改善了由于单一振动频率引起的相关干扰问题。对比恒频伪随机编码扫描控制方式的自相关结果，如图8所示，和变频伪随机编码扫描控制方式的自相关结果，如图10所示，可以看出，相关子波的主瓣突出，旁瓣幅度小、衰减快，尾部振幅衰减快，明显的提高了分辨率和信噪比，提高了数据质量。与现有技术相比：旁瓣明显的降低，相关干扰明显减少，尾部振幅衰减快，说明子波分辨率好，信噪比高，明显的提高了地震数据质量。

附图说明：

图1冲击夯可控震源稳定振动信号图

图2稳定振动信号相关结果图

图3单个稳定震动信号图

图4线性移位寄存器原理框图

图5一组伪随机编码序列图

图6模拟生成的混合相位子波图

图7恒频伪随机编码扫描信号图

图8恒频伪随机编码扫描信号相关结果图

图9变频伪随机编码扫描信号图

图10变频伪随机编码扫描信号的相关结果图

图11冲击夯可控震源变频伪随机编码扫描的控制方法流程图

具体实施方式：

下面结合附图和实施例以及仿真结果对本发明作进一步详细的说明：

一种冲击夯可控震源变频伪随机编码扫描控制方法，包括以下步骤：

a、输入伪随机编码序列a(i)，长度L；

b、读取编码序列中0和1的个数，分别为M和N；

c、生成个数为M的0序列b(j)，生成个数为N的随机数列c(k)

d、将0码元和0序列b(j)进行匹配，

e、将1码元和随机数列c(k)进行匹配；

f、得到新的匹配序列d(i)；

g、以序列d(i)对应的内容为频率大小，进行频率匹配调制，最后得到变频伪随机编码扫描信号。

首先对冲击夯可控震源的信号进行分析。图1为冲击夯可控震源稳定振动的信号，截取时间为1s。从图中可以看出冲击夯可控震源稳定振动时，振动频率大约为12Hz，振幅也比较稳定。对其进行相关运算，得到的结果如图2所示，可以看出单一的振动频率存在着严重的相关干扰问题，相关结果的旁瓣效应非常严重。为了详细的分析，对单个振动信号子波进行了提取，如图3所示，可知冲击夯可控震源稳定振动时，子波类似于一个混合相位子波。

其次，对伪随机编码原理进行分析，生成相关性好的伪随机编码序列。伪随机编码生成原理以线性移位寄存器为基础，n级q元线性移位寄存器的原理框图如图4所示。

图4中n个移位寄存器的初始状态为(a₁,a₂,..,a_n)，当有移位脉冲到来时，寄存器的状态经过乘法器和加法器输出的内容是：

a_n+1＝a₁c_n+a₂c_n-1+...+a_n-1c₂+a_nc₁……………………………………………………(1)

并反馈到移位寄存器，于是移位寄存器的状态变为(a₂,a₃,...a_n+1)，输出是a₁，不断的加入移位脉冲，上述n级q元线性移位寄存器的输出就是一个q元序列，当q＝2时，输出的就是伪随机编码序列。

定义周期为N＝2ⁿ-1的二元伪随机序列的自相关函数R(j)为：

表明伪随机编码序列的自相关函数类似于白噪声序列的自相关函数，具有相似的脉冲特性。

以图5所示的伪随机编码序列为基础，图6所示模拟生成的混合相位子波为扫描信号，进行编码匹配扫描，得到的恒频伪随机扫描信号如图7所示。对其进行自相关分析，结果如图8所示。从相关结果中可以看出，相比于冲击夯自振的相关结果，旁瓣效应稍减弱，但存在着非常严重的相关干扰问题。

为了增加信号的频率范围，在基于恒频伪随机编码扫描控制方法的基础上，本发明提出变频伪随机编码扫描控制方法。此方法以伪随机编码理论为基础，以随机数原理为变频依据，根据冲击夯可控震源独有的振动信号特点，将伪随机编码序列中的振动信号进行随机化，调整冲击夯的振动频率，最后得到变频伪随机编码扫描信号。匹配流程图如图11所示。首先生成伪随机编码扫描序列，其次，检测编码序列中0和1的个数，分别为M和N，然后生成个数为M的0数列和个数为N得到随机数序列，其中随机数在6-13之间。因为通过人工调节油门测试，可知冲击夯的冲击速率在1-14次/s，但由于冲击夯的机械特性以及保护机械装置，一般控制冲击夯的冲击速率在6-13Hz范围内，所以生成的随机数在6-13之间。在匹配过程中遵循的依据是：若伪随机编码序列中码元为0，则得到新序列中码元仍为0；若伪随机编码序列中码元为1，则按照编码顺序从左到右依次和随机数列中的数进行匹配，就可以得到一组新的数列。最后，以新序列中的内容为频率大小，进行频率匹配，得到变频伪随机编码扫描信号，根据图5所示的伪随机编码序列，对其进行变频扫描处理，得到的扫描信号如图9所示。其自相关结果如图10所示。相比于恒频伪随机编码扫描控制方法，变频伪随机编码扫描技术得到的自相关结果，旁瓣明显的降低，相关干扰明显减少，尾部振幅衰减快，说明子波分辨率好，信噪比高，明显的提高了地震数据质量。

Claims (1)

1.一种冲击夯可控震源变频伪随机编码扫描控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、输入伪随机编码序列a(i)，长度L；

b、读取编码序列中0和1的个数，分别为M和N；

c、生成个数为M的0序列b(j)，生成个数为N的随机数列c(k)，其中随机数在6—13之间；

d、将0码元和0序列b(j)进行匹配；

e、将1码元和随机数列c(k)进行匹配；

f、得到新的匹配序列d(i)；

g、以序列d(i)对应的内容为频率大小，进行频率匹配调制，最后得到变频伪随机编码扫描信号。