CN110501749B - 一种槽波信号多径谱分析方法及系统 - Google Patents
一种槽波信号多径谱分析方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本公开提出了一种槽波信号多径谱分析方法及系统，通过不同角度发射探测信号获得多个槽波信号，可以达到对目标地质界面多方位探测的目的，增加探测的范围，更多的反应待测地层的地质信息，在槽波信号提取方面，采用非正交分解方式对槽波信号进行分解将槽波信号中的各个多径分解出来，多个回波信号发生融合，从而得到槽波信号的多径谱。该分解方式分解精度高，更具实用性。分解出来的信号可以尽可能多的保留界面信号的特征，可以将得到的信号更简洁的表示，从而提高信号的信噪比，降低信号的误码率，提高了槽波探测的准确度。
Description
技术领域
本公开涉及槽波勘探相关技术领域，具体的说，是涉及一种槽波信号多径谱分析方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。
弹性波在地层传播过程中，会由于大地信道特有的分层、不均匀等特性，产生多径、频偏等现象，形成槽波信号。对槽波中的多径信号进行分析可以进行地质勘探,获得地质层的分布情况。在煤矿探测中,能够在较大范围内探测出煤层中的断层、陷落柱、溶洞等地质异常体,对煤矿的安全生产具有重要作用。槽波信号中的各个多径信号都是混杂在一起的，要充分利用槽波中的多径信号，需要将其进行信号分离。传统的信号分离分解方法大多采用正交分解的方法，但在实际情况下，信号的各个要素间不是正交的，这些要素一般会存在或多或少的相关性，他们在随机信号的表现中也起着关键的作用。一般探测界面的信息可以通过发射弹性波信号来实现，但一次发射探测到的范围有限，不能够实现多方位探测。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种槽波信号多径谱分析方法及系统，通过不同角度发射探测信号获得多个槽波信号，可以达到对目标地质界面多方位探测的目的，增加探测的范围，更多的反应待测地层的地质信息，在槽波信号提取方面，采用非正交分解方式对槽波信号进行分解将槽波信号中的各个多径分解出来，多个回波信号发生融合，从而得到槽波信号的多径谱。该分解方式分解精度高，更具实用性。分解出来的信号可以尽可能多的保留界面信号的特征，可以将得到的信号更简洁的表示，从而提高信号的信噪比，降低信号的误码率，提高了槽波探测的准确度。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
一个或多个实施例提供了一种槽波信号多径谱分析方法，包括如下步骤：
以多个不同的角度向待测地层发射弹性波探测信号，经待测地层反射后接收多个槽波信号；
将每个槽波信号进行分解，获得不同路径返回的各个界面的多径信号；
将每个槽波信号分解后的所有多径信号进行融合，获得槽波信号的多径谱。
一种槽波信号多径谱分析系统，包括槽波信号的探测装置、数据采集模块、槽波信号分解模块和融合模块；
槽波信号的探测装置：用于以多个不同的角度向待测地层发射弹性波探测信号，经待测地层反射后接收多个槽波信号；
数据采集模块与槽波信号的探测装置连接，用于发送探测的角度数据，以及用于接收槽波信号的探测装置的接收机收到的回波信号；
槽波信号分解模块：用于将每个槽波信号进行分解，获得不同路径返回的各个界面的多径信号；
融合模块：用于根据每次获得的槽波信号并分解得到的多径信号，将获得的所有多径信号进行融合，获得槽波信号多径谱。
一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法所述的步骤。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述方法所述的步骤。
本公开以多个角度发射探测信号的方法，可以获得更多的地质信息以多个不同的角度发射探测信号被反射的界面可能是不同的，从而扩大了探测的地层范围，可以更全面的反应地层的情况，从而可以获得尽可能多的界面的信号。可以达到对目标地质界面多方位探测的目的，增加探测的范围，更多的反应待测地层的地质信息。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
(1)本公开通过不同角度发射探测信号获得多个槽波信号，可以达到对目标地质界面多方位探测的目的，增加探测的范围，更多的反应待测地层的地质信息。
(2)本公开采用非正交分解方式对槽波信号进行分解，将槽波信号中的各个多径分解出来，多个回波信号发生融合，从而得到槽波信号的多径谱。该分解方式分解精度高，更具实用性。分解出来的信号可以尽可能多的保留界面信号的特征，可以将得到的信号更简洁的表示，从而提高信号的信噪比，降低信号的误码率，提高了槽波探测的准确度。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。
图1是本公开实施例1的方法流程图；
图2是本公开实施例1示例中单次发射信号获得槽波信号的示意图；
图3是本公开实施例1示例中两次不同角度发射信号获得槽波信号的示意图；
图4是本公开实施例1示例获得的多径谱中的路径-时延谱；
图5是本公开实施例1示例获得的多径谱中的路径-幅度谱；
其中：1、一次发射信号产生的第一条多径，2、一次发射信号产生的第二条多径3、第一次发射接收的槽波信号，4、第二次发射接收的槽波信号，5、槽波信号的探测装置。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。
相关技术术语解释:
多径：每次发射的弹性波信号为一条波束，它会以不同路径到达接收点，形成槽波，不同路径中的每个路径信号称为一个多径信号。
槽波信号：是在地层中形成的，一次发射后，最后接收到的混合信号就称为槽波信号。
多径谱：是多个多径(包括不同角度发射的)融合在一块形成的信号图，为路径-幅度和路径-时延两个图。
实施例1
在无线通信领域，多径指无线电信号从发射天线经过多个路径抵达接收天线的传播现象，从不同路径抵达接收天线的各个信号称为多径信号。槽波信号是各个多径信号混杂在一起形成的。
槽波信号的探测装置5包括发射机和接收机，发射机用于发射探测信号，发射的探测信号经过地层中地质界面的反射后，接收机接收到多条路径信号的混合信号，即槽波信号。
在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，一种槽波信号多径谱分析方法，包括如下步骤：
步骤1、以多个不同的角度向待测地层发射弹性波探测信号，经待测地层反射后接收多个槽波信号；
所述待测地层可以为待测煤层、矿产(石油、天然气、水)地层等。通过从不同角度发射探测信号的方法，可以获得更多的地质信息。
步骤2、将每个槽波信号进行分解，获得不同路径返回的各个界面的多径信号；
步骤3、将步骤2中获得的所有多径信号进行融合，获得槽波信号多径谱
所述步骤1中，发射一个弹性波探测信号可以得到一个槽波信号，每个槽波中包含了从不同路径反射回的多个回波信号，从而可以得到不同反射界面的多个信息。每个回波信号为一个多径信号。改变发射机发射角度，用同样方法探测该目标地层另一部分界面的信息。以一个角度发射产生的多径经过的路径是不同的，但不同角度的不同多径经过的路径也可能是相同的，比如角度1的第一条多径与角度2的第二条多径经过的路径是重合的。多角度发射的方法扩大了探测的地层范围，可以更全面的反应地层的情况，从而可以获得尽可能多的目标界面的信号。可以达到对目标地质界面多方位探测的目的，增加探测的范围，更多的反应待测地层的地质信息。
以多个不同的角度向待测地层发射弹性波探测信号，经待测地层反射后接收多个槽波信号，得到的每个槽波信号的序列为：
其中N表示多径数,Si表示第i条路径上的信号。
作为进一步的改进，所述步骤2中具体的根据槽波信号中各个多径信号产生不同程度的信号时延和能量衰减，对槽波信号进行分解。
对槽波信号进行分解的方法可以采用非正交分解方法，分解得到每一条多径。
对槽波信号采用非正交分解方法进行分解的方法，包括如下步骤：
步骤21、根据多径信号的频率高低设定非正交基，获得非正交基序列；
步骤22、分解出来一系列非正交基序列之后，根据非正交基序列，通过周期性扩展非正交基来重建原始槽波信号中混合的独立分量，所述每个独立分量为一个多径信号。
根据多径信号的频率高低设定非正交基具体为：首先求得当前槽波信号中频率最低信号作为第一个基，然后从槽波信号中分离第二低频信号作为第二个基，直到所有可能的基均被分离出来，获得非正交基序列。
步骤3、将步骤2中获得的各个界面的多径信号进行融合，获得槽波信号多径谱。
将获得的各个界面的多径信号进行融合，获得槽波信号多径谱，具体为：提取各个多径信号的幅值，根据不同路径获得路径-幅度谱；或者是提取各个多径信号的时延数据，根据不同路径获得路径-时延图。
多个回波信号的融合在一起可以得到信号的多径谱图，可以具体分为两个，一个为路径-幅度谱，反应每条路径的不同幅值情况；另一个为路径-时延图，反应不同路径的时延不同。
下面以具体的示例进行说明。
如图2所示，槽波信号的探测装置5，该实施例为一次发射探测到的信号。
本实施例以每次发射产生两条多径为例，两条多径信号的路径分别用实线和虚线表示，这两处探测到的界面信息都是由同一方向发射的弹性波信号探测得到的。
在实际探测中，每次在同一方向发射的弹性波是一条波束，向外发散可以形成多条路径，每条路径的弹性波经过反射之后，可以探测到各种各样不同的地质构造信息，而不仅仅只有两个。本实施例将该探测结果理想模型化，用以说明原理。
如图2所示，槽波信号的探测装置5，按步骤1中的方法获得多个槽波信号，本实施例以两处探测点为例，其中1代表探测到的第一部分界面的回波信号，即为一次发射信号产生的第一条多径1，2代表探测到的第二部分界面的回波信号，即为一次发射信号产生的第二条多径2，这两处界面信息都是由同一次发射信号探测得到的，区别在于这两部分信息不在同一块地质构造上。本次发射信号接收到的回波信号包含了这两部分信号的混合信息，即槽波信号，其多径相位也会随着地质构造界面而连续变化。
如图3所示，实线和虚线分别代表两次不同角度的弹性波发射信号。其中3表示一次发射信号接收到的槽波回波信号，即第一次发射接收的槽波信号3。4表示改变发射角度后接收到的槽波回波信号，即第二次发射接收的槽波信号4。其中3包含多条路径的回波信号，4也包含多条路径的回波信号。
同样地，再次改变角度，可以得到目标地质的另一部分信息，从而达到对目标地质界面多方位探测的目的。将每次接收机接收到的槽波信号进行非正交分解分离各个多径，然后多个回波信号发生融合，得到槽波信号的多径谱。如图4和5所示，得到的多径谱为路径-幅度谱和路径-时延谱，曲线为包络线。由于实际情况下多径数是无数的，因此得到的多径谱可以看作是连续的。相同的发射角度，会经过不同的路径，最后得到的回波信号的幅度和时延也不同。当然，不同的发射角度，路径也不同。通过多径谱可以清楚的表示不同路径的多径信号的幅值和时延，并且多径谱中仅包含了目标界面返回的信号，消除了其他界面信号的干扰，更有利于根据获得的多径谱信号进行目标界面的地质分析。
本公开采用非正交分解方式对槽波信号进行分解，将槽波信号中的各个多径分解出来，多个回波信号发生融合，从而得到槽波信号的多径谱。该分解方式分解精度高，更具实用性。分解出来的信号可以尽可能多的保留界面信号的特征，可以将得到的信号更简洁的表示，从而提高信号的信噪比，降低信号的误码率，提高了槽波探测的准确度。
实施例2
本实施例提供一种槽波信号多径谱分析系统，包括槽波信号的探测装置、数据采集模块、槽波信号分解模块和融合模块；
槽波信号的探测装置：用于以多个不同的角度向待测地层发射弹性波探测信号，经待测地层反射后接收多个槽波信号；
数据采集模块与槽波信号的探测装置连接，用于发送探测的角度数据，以及用于接收槽波信号的探测装置的接收机收到的回波信号；
槽波信号分解模块：用于将每个槽波信号进行分解，获得不同路径返回的各个界面的多径信号；
融合模块：用于根据每次获得的槽波信号中分解得到的多径信号，将获得的所有多径信号进行融合，获得槽波信号多径谱。
实施例3
本实施例提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1的方法所述的步骤。
实施例4
本实施例提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1的方法所述的步骤。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种槽波信号多径谱分析方法，其特征是，包括如下步骤：
以多个不同的角度向待测地层发射弹性波探测信号，经待测地层反射后接收多个槽波信号；
将每个槽波信号进行分解，获得不同路径返回的各个界面的多径信号；
将获得的各个界面的多径信号进行融合，获得槽波信号多径谱；具体为提取各个多径信号的幅值，根据不同路径获得路径-幅度谱，提取各个多径信号的时延数据，根据不同路径获得路径-时延图；
每个槽波信号进行分解采用非正交分解方法，步骤包括：
根据多径信号的频率高低设定非正交基，获得非正交基序列；根据多径信号的频率高低设定非正交基具体为：首先求得当前槽波信号中频率最低信号作为第一个基，然后从槽波信号中分离第二低频信号作为第二个基，直到所有可能的基均被分离出来，获得非正交基序列；
根据非正交基序列，通过周期性扩展非正交基来重建原始槽波信号中混合的独立分量，每个所述独立分量为一个多径信号。
2.如权利要求1所述的一种槽波信号多径谱分析方法，其特征是：将每个槽波信号进行分解，具体的根据槽波信号中各个多径信号产生的信号时延和能量衰减，对槽波信号进行分解。
3.如权利要求1所述的一种槽波信号多径谱分析方法，其特征是：将每个槽波信号进行分解采用非正交分解方法。
4.一种槽波信号多径谱分析系统，其特征是：包括槽波信号的探测装置、数据采集模块、槽波信号分解模块和融合模块；
槽波信号的探测装置：用于以多个不同的角度向待测地层发射弹性波探测信号，经待测地层反射后接收多个槽波信号；
数据采集模块与槽波信号的探测装置连接，用于发送探测的角度数据，以及用于接收槽波信号的探测装置的接收机收到的回波信号；
槽波信号分解模块：用于将每个槽波信号进行分解，获得不同路径返回的各个界面的多径信号；
融合模块：用于根据每次获得的槽波信号中分解得到的多径信号，将获得的所有多径信号进行融合，获得槽波信号多径谱；具体为提取各个多径信号的幅值，根据不同路径获得路径-幅度谱，提取各个多径信号的时延数据，根据不同路径获得路径-时延图；
每个槽波信号进行分解采用非正交分解方法，步骤包括：
根据多径信号的频率高低设定非正交基，获得非正交基序列；根据多径信号的频率高低设定非正交基具体为：首先求得当前槽波信号中频率最低信号作为第一个基，然后从槽波信号中分离第二低频信号作为第二个基，直到所有可能的基均被分离出来，获得非正交基序列；
根据非正交基序列，通过周期性扩展非正交基来重建原始槽波信号中混合的独立分量，每个所述独立分量为一个多径信号。
5.一种电子设备，其特征是，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-3任一项方法所述的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其特征是，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-3任一项方法所述的步骤。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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