CN111624656B - 基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法及装置，包括：设定地震观测系统中的炮点和节点的位置关系，使得近偏移距的炮点涵盖节点开始采集和节点结束采集的时间段内的炮点；根据位置关系和水深确定近偏移距范围，使得要获取的地震信号的初至波为直达波；利用水中声速对获取的近偏移距地震信号进行线性动校正获得近偏移距校正地震信号；将近偏移距校正地震信号初至波与T0时刻的地震信号进行比较确定时钟漂移量和时钟漂移模型；将近偏移距校正地震信号进行排序，利用时钟漂移模型对排序后的近偏移距校正地震信号进行时钟校正，获得校正后的地震信号。该方案可以准确地实现节点时钟漂移量校正。

Description

基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法及装置
技术领域
本发明涉及节点时钟质量控制技术领域，特别涉及一种基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法及装置。
背景技术
在海底节点(OBN全称Ocean Bottom Node，它是一种位于海底，可以独立采集、记录地震信号的多分量地震仪)地震勘探数据采集中，每个节点(即检波点)启动后都是独立运行的数据采集单元，没有外部监控设备的有线或无线连接，所以与以往陆地和海洋拖缆有线或者无线遥感设备相比节点设备缺少了对时钟实时授时的GPS同步信号，无法实时进行时钟的同步校正。每个节点设备在采集完成之后都会存在时钟漂移，一般情况下节点水下连续采集20天时钟漂移量小于6ms，所以节点数据下载完成之后首要的就是进行时钟漂移量的校正。但是现在节点设备刚刚在物探行业兴起，很多人不知道节点设备存在节点时钟漂移，亟待建立一种节点时钟漂移校正方法，来精准地对时钟漂移量进行校正。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法及装置，可以精准地对时钟漂移量进行校正。
本发明实施例提供了一种基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法，该方法包括：
设定地震观测系统中的炮点和节点的位置关系，所述位置关系使得近偏移距的炮点涵盖节点开始采集和节点结束采集的时间段内的炮点；
根据所述位置关系和水深确定近偏移距范围，所述近偏移距范围使得要获取的地震信号的初至波为直达波；
根据所述近偏移距范围获取近偏移距地震信号；
利用水中声速对所述近偏移距地震信号进行线性动校正，获得近偏移距校正地震信号；
将所述近偏移距校正地震信号初至波与T0时刻的地震信号进行比较，根据比较结果确定时钟漂移量；
根据所述时钟漂移量确定时钟漂移模型；
将所述近偏移距校正地震信号进行排序，获得排序后的近偏移距校正地震信号；
利用所述时钟漂移模型对所述排序后的近偏移距校正地震信号进行时钟校正，获得校正后的地震信号。
本发明实施例还提供了一种基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正装置，该装置包括：
位置关系设定模块，用于设定地震观测系统中的炮点和节点的位置关系，所述位置关系使得近偏移距的炮点涵盖节点开始采集和节点结束采集的时间段内的炮点；
近偏移距范围确定模块，用于根据所述位置关系和水深确定近偏移距范围，所述近偏移距范围使得要获取的地震信号的初至波为直达波；
近偏移距地震信号获取模块，用于根据所述近偏移距范围获取近偏移距地震信号；
线性动校正模块，用于利用水中声速对所述近偏移距地震信号进行线性动校正，获得近偏移距校正地震信号；
时钟漂移量确定模块，用于将所述近偏移距校正地震信号初至波与T0时刻的地震信号进行比较，根据比较结果确定时钟漂移量；
时钟漂移模型确定模块，用于根据所述时钟漂移量确定时钟漂移模型；
排序模块，用于将所述近偏移距校正地震信号进行排序，获得排序后的近偏移距校正地震信号；
时钟校正模块，用于利用所述时钟漂移模型对所述排序后的近偏移距校正地震信号进行时钟校正，获得校正后的地震信号。
本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述所述基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法的计算机程序。
在本发明实施例中，通过提前设定地震观测系统中的炮点和节点的位置关系，使得近偏移距的炮点涵盖节点开始采集和节点结束采集的时间段内的炮点，根据所述位置关系和水深确定近偏移距范围，使得要获取的地震信号的初至波为直达波，根据所述近偏移距范围获取近偏移距地震信号；利用水中声速对所述近偏移距地震信号进行线性动校正，获得近偏移距校正地震信号；将所述近偏移距校正地震信号初至波与T0时刻的地震信号进行比较，根据比较结果确定时钟漂移量；根据所述时钟漂移量确定时钟漂移模型；将所述近偏移距校正地震信号进行排序，获得排序后的近偏移距校正地震信号；利用所述时钟漂移模型对所述排序后的近偏移距校正地震信号进行时钟校正，获得校正后的地震信号，这样可以精准地对时钟漂移量进行校正，保证切分后每炮数据时间的正确性，对节点的后续质量控制和处理至关重要。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法流程图(一)；
图2是本发明实施例提供的一种线性时钟漂移模型示意图；
图3是本发明实施例提供的一种二次曲线时钟漂移模型示意图；
图4是本发明实施例提供的一种基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法流程图(二)；
图5是本发明实施例提供的一种节点近偏移距地震信号体示意图；
图6是本发明实施例提供的一种所选近偏移距范围时钟校正前的地震信号线性动校正结果示意图；
图7是本发明实施例提供的一种所选近偏移距范围时钟校正后的地震信号线性动校正结果示意图；
图8是本发明实施例提供的一种基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正装置结构框图(一)；
图9是本发明实施例提供的一种基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正装置结构框图(二)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中，每个节点设备在开始采集之前都会与节点船上的GPS时钟进行授时，然后节点根据自己系统的时钟进行数据采集，在采集完成后再与节点船上的GPS时钟进行时钟授时，找出节点内部时钟与GPS时钟的时间差即节点采集时间段内时钟漂移量。由于是产生了时钟漂移之后才对节点设备的时钟进行校正，这样会使得采集的数据的时间不正确，因此，需要采用另外一种方法来对节点时钟漂移进行校正。
根据原子钟的特性和大量的试验统计表明，节点内部原子钟的典型漂移模型分为三种：线性模型、二次曲线模型以及跳变模型。通常如何正确选择这三种模型是时钟校正的关键，是节点质量控制的根本，直接影响节点初至波定位的精度，进而影响多分量旋转和后期数据处理。节点时钟校正关键的是时钟漂移模型的选择，时钟漂移模型验证的关键是数据的选择，节点数据都是以检波点为道集，如何选择合适的检波点周围的炮集数据直接影响时钟校正的结果。
基于此，本发明提出一种基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法，如图1所示，该方法包括：
步骤101：设定地震观测系统中的炮点和节点的位置关系，所述位置关系使得近偏移距的炮点涵盖节点开始采集和节点结束采集的时间段内的炮点；
步骤102：根据所述位置关系和水深确定近偏移距范围，所述近偏移距范围使得要获取的地震信号的初至波为直达波；
步骤103：根据所述近偏移距范围获取近偏移距地震信号；
步骤104：利用水中声速对所述近偏移距地震信号进行线性动校正，获得近偏移距校正地震信号；
步骤105：将所述近偏移距校正地震信号初至波与T0时刻的地震信号进行比较，根据比较结果确定时钟漂移量；
步骤106：根据所述时钟漂移量确定时钟漂移模型；
步骤107：将所述近偏移距校正地震信号进行排序，获得排序后的近偏移距校正地震信号；
步骤108：利用所述时钟漂移模型对所述排序后的近偏移距校正地震信号进行时钟校正，获得校正后的地震信号。
在本发明实施例中，步骤101具体包括：根据地震观测系统中的炮点和节点的关系合理安排施工顺序，也就是设定炮点和节点的位置关系和采集顺序，确保近偏移距的炮点包含节点开始采集和节点结束采集的时间段内的炮，这样可以兼顾时钟的开始和结尾以便有效判别应用时钟模型是否正确。因此在对炮点地震信号进行线性动校正处理时，能够将这两个时间段内的地震信号的初至波同向轴拉平到同一时间基准上进行对比分析。可以认为时钟在启动的近一段时间内不会发生漂移，与时钟校正后、时钟结束前的初至波拉平后的地震信号可以更加明显地验证节点时钟的漂移量和时钟模型选取的是否正确。
在本发明实施例中，步骤102具体包括：根据地震观测系统中炮点和节点的位置关系和水深，确定近偏移距范围，确保选择的地震信号的初至波都是直达波，通常可以以节点为中心，设计一个近偏移距，即炮点位于预设长度的矩形范围内；或，以节点为圆心，设计一个近偏移距，即炮点位于预设半径的圆形范围内，然后抽取近偏移距范围内的所有好炮，用于节点时钟漂移量验证和选择时钟类型分析。
在本发明实施例中，步骤104具体包括：抽取近偏移距地震信号可以直接利用水中声速1500m/s进行线性动校正。因为底层速度存在各项异性，如果不利用水速校正就会有偏差。如果利用水速度则不会引起偏差，避免了速度各项异性误差对线性动校正结果初至波时间T0的影响，即T0的影响会影响到时钟校正模型的判别以及时钟跳变误差值的判断，进而影响时钟校正结果。校正的结果是将地震信号的初至波同相轴拉平。
在本发明实施例中，在执行步骤106之前，先要查看出时钟漂移量是否准确，是否存在时间跳变，如果存在时间跳变，根据T0时间校正起始跳变，如果不存在跳变就按照正常的方法进行时钟校正。然后执行步骤106：根据所述获得时钟漂移量确定时钟漂移模型。其包括：
步骤1061：对所述时钟漂移量进行分析，获得时钟漂移量的变化趋势；
步骤1062：根据所述时钟漂移量的变化趋势确定时钟漂移模型。
具体的，如果时钟漂移量的变化趋势是线性递增的，那么时钟漂移模型就是线性模型，如图2所示；如果时钟漂移量的变化趋势是二次方程曲线的，那么时钟漂移模型就是二次方程曲线模型，如图3所示。
在本发明实施例中，步骤107中对偏移距校正地震信号进行排序的目的是：校正后排序能够看出时钟漂移的形态，比如说线性的漂移模型与2次曲线的漂移模型在T0上会有很大的差别，这样就是为了容易辨别。
在本发明实施例中，在执行完步骤108之后，还需要验证选择的时钟漂移模型的好坏(即校正是否准确)，因此，如图4所示，本发明基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法还包括：
步骤109：将所述校正后的地震信号初至波与T0时刻的地震信号进行比较，若所述校正后的地震信号初至波与所述T0时刻的地震信号一致，确定所述时钟漂移模型选择正确；若所述校正后的地震信号初至波与所述T0时刻的地震信号不一致，确定所述时钟漂移模型选择不正确，则根据所述获得时钟漂移量重新确定时钟漂移模型。
实施例：
对海底采集时间为42天、时钟漂移量为17.5ms的节点，利用本发明进行时钟校正。
本实施例中根据观测系统的炮检关系，以该节点为圆心，设计一个半径为300m的圆形，抽取该范围的炮点数据进行时钟校正，如图5所示。
将选择的圆形范围内的地震信号按照线性时钟模型进行校正，之后按照放炮时间进行排序，并利用1550m/s的声波速度，对数据进行线性动校正处理，将地震信号的初至拉平，如图6所示，图6中为时钟校正前的地震信号，由于地震信号按照放炮时间排序，并进行线性动校正处理，可以清晰的分时钟漂移量。
图7为时钟校正结果，图7中利用线性模型对所选范围内地震信号进行时钟校正，校正后的地震信号初至波同向轴位于统一时间基准上，一致无残差，可以确定该节点的时钟漂移模型为线性模型，时钟模型选取正确。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正装置，如下面的实施例所述。由于基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正装置解决问题的原理与基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法相似，因此基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正装置的实施可以参见基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图8是本发明实施例的基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正装置结构框图(一)，如图8所示，包括：
位置关系设定模块801，用于设定地震观测系统中的炮点和节点的位置关系，所述位置关系使得近偏移距的炮点涵盖节点开始采集和节点结束采集的时间段内的炮点；
近偏移距范围确定模块802，用于根据所述位置关系和水深确定近偏移距范围，所述近偏移距范围使得要获取的地震信号的初至波为直达波；
近偏移距地震信号获取模块803，用于根据所述近偏移距范围获取近偏移距地震信号；
线性动校正模块804，用于利用水中声速对所述近偏移距地震信号进行线性动校正，获得近偏移距校正地震信号；
时钟漂移量确定模块805，用于将所述近偏移距校正地震信号初至波与T0时刻的地震信号进行比较，根据比较结果确定时钟漂移量；
时钟漂移模型确定模块806，用于根据所述时钟漂移量确定时钟漂移模型；
排序模块807，用于将所述近偏移距校正地震信号进行排序，获得排序后的近偏移距校正地震信号；
时钟校正模块808，用于利用所述时钟漂移模型对所述排序后的近偏移距校正地震信号进行时钟校正，获得校正后的地震信号。
在本发明实施例中，所述位置关系设定模块801具体用于：
按照如下方式设定地震观测系统中的炮点和节点的位置关系：
以节点为中心，炮点位于预设长度的矩形范围内；
或，以节点为圆心，炮点位于预设半径的圆形范围内。
在本发明实施例中，所述时钟漂移模型确定模块806具体用于；
按照如下方式根据所述获得时钟漂移量确定时钟漂移模型：
对所述时钟漂移量进行分析，获得时钟漂移量的变化趋势；
根据所述时钟漂移量的变化趋势确定时钟漂移模型。
在本发明实施例中，如图9所示，该基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正装置还包括：
时钟漂移模型验证模块809，用于将所述校正后的地震信号初至波与T0时刻的地震信号进行比较，若所述校正后的地震信号初至波与所述T0时刻的地震信号一致，确定所述时钟漂移模型选择正确；若所述校正后的地震信号初至波与所述T0时刻的地震信号不一致，确定所述时钟漂移模型选择不正确，则根据所述获得时钟漂移量重新确定时钟漂移模型。
本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述所述基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法的计算机程序。
综上所述，本发明提出的基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法通过创新性地选择近偏移距覆盖节点开始和结束时钟的地震信号，由于近偏移距可以直接利用水中的声速进行线性动校正，排除了速度差异引起的时钟偏离TO的误差，为分析时钟漂移类型和验证时钟漂移量提供了有效精确的数据来源，进而为准确地实现节点时钟漂移校正提供了保障。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法，其特征在于，包括：
设定地震观测系统中的炮点和节点的位置关系，所述位置关系使得近偏移距的炮点涵盖节点开始采集和节点结束采集的时间段内的炮点；
根据所述位置关系和水深确定近偏移距范围，所述近偏移距范围使得要获取的地震信号的初至波为直达波；
根据所述近偏移距范围获取近偏移距地震信号；
利用水中声速对所述近偏移距地震信号进行线性动校正，获得近偏移距校正地震信号；
将所述近偏移距校正地震信号初至波与T0时刻的地震信号进行比较，根据比较结果确定时钟漂移量；
根据所述时钟漂移量确定时钟漂移模型；
将所述近偏移距校正地震信号进行排序，获得排序后的近偏移距校正地震信号；
利用所述时钟漂移模型对所述排序后的近偏移距校正地震信号进行时钟校正，获得校正后的地震信号。
2.如权利要求1所述的基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法，其特征在于，按照如下方式设定地震观测系统中的炮点和节点的位置关系：
以节点为中心，炮点位于预设长度的矩形范围内；
或，以节点为圆心，炮点位于预设半径的圆形范围内。
3.如权利要求1所述的基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法，其特征在于，按照如下方式根据所述时钟漂移量确定时钟漂移模型：
对所述时钟漂移量进行分析，获得时钟漂移量的变化趋势；
根据所述时钟漂移量的变化趋势确定时钟漂移模型。
4.如权利要求1所述的基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法，其特征在于，还包括：
将所述校正后的地震信号初至波与T0时刻的地震信号进行比较，若所述校正后的地震信号初至波与所述T0时刻的地震信号一致，确定所述时钟漂移模型选择正确；若所述校正后的地震信号初至波与所述T0时刻的地震信号不一致，确定所述时钟漂移模型选择不正确，则根据所述获得时钟漂移量重新确定时钟漂移模型。
5.一种基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正装置，其特征在于，包括：
位置关系设定模块，用于设定地震观测系统中的炮点和节点的位置关系，所述位置关系使得近偏移距的炮点涵盖节点开始采集和节点结束采集的时间段内的炮点；
近偏移距范围确定模块，用于根据所述位置关系和水深确定近偏移距范围，所述近偏移距范围使得要获取的地震信号的初至波为直达波；
近偏移距地震信号获取模块，用于根据所述近偏移距范围获取近偏移距地震信号；
线性动校正模块，用于利用水中声速对所述近偏移距地震信号进行线性动校正，获得近偏移距校正地震信号；
时钟漂移量确定模块，用于将所述近偏移距校正地震信号初至波与T0时刻的地震信号进行比较，根据比较结果确定时钟漂移量；
时钟漂移模型确定模块，用于根据所述时钟漂移量确定时钟漂移模型；
排序模块，用于将所述近偏移距校正地震信号进行排序，获得排序后的近偏移距校正地震信号；
时钟校正模块，用于利用所述时钟漂移模型对所述排序后的近偏移距校正地震信号进行时钟校正，获得校正后的地震信号。
6.如权利要求5所述的基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正装置，其特征在于，所述位置关系设定模块具体用于：
按照如下方式设定地震观测系统中的炮点和节点的位置关系：
以节点为中心，炮点位于预设长度的矩形范围内；
或，以节点为圆心，炮点位于预设半径的圆形范围内。
7.如权利要求5所述的基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正装置，其特征在于，所述时钟漂移模型确定模块具体用于；
按照如下方式根据所述获得时钟漂移量确定时钟漂移模型：
对所述时钟漂移量进行分析，获得时钟漂移量的变化趋势；
根据所述时钟漂移量的变化趋势确定时钟漂移模型。
8.如权利要求5所述的基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正装置，其特征在于，还包括：时钟漂移模型验证模块，用于将所述校正后的地震信号初至波与T0时刻的地震信号进行比较，若所述校正后的地震信号初至波与所述T0时刻的地震信号一致，确定所述时钟漂移模型选择正确；若所述校正后的地震信号初至波与所述T0时刻的地震信号不一致，确定所述时钟漂移模型选择不正确，则根据所述获得时钟漂移量重新确定时钟漂移模型。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4任一所述基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至4任一所述基于近偏移距地震信号的节点时钟漂移校正方法的计算机程序。
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