CN113127799B - 一种扫描信号校正方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种扫描信号校正方法及装置，其中，方法包括：利用预设扫描信号得到力信号；对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换，获得预设扫描信号及力信号谐波谱；根据预设扫描信号及力信号谐波谱，得到剩余谐波谱及剩余谐波谱时频信号；利用剩余谐波谱时频信号，对预设扫描信号进行校正，得到新扫描信号；利用新扫描信号得到新力信号，判断预设扫描信号与新力信号之间的差异，若预设扫描信号与新力信号之间的差异在预定范围内，则输出新扫描信号，若预设扫描信号与新力信号之间的差异超出预定范围，则用新力信号更新力信号，重新执行前面的步骤。本发明能够压制全频段的谐波噪声，同时能减少畸变能量增强低频有效信号。
Description
技术领域
本发明涉及可控震源扫描信号领域，尤其涉及一种扫描信号校正方法及装置。
背景技术
可控震源在激发地震信号的时候，是由扫描信号(变频的时间信号)控制振子系统输出能量的，但扫描信号与输出力信号之间存在着差异，这种差异来自于一个复杂的系统响应，首先是扫描信号转换成驱动，由于液压相应的非线性造成信号失真，同时液压系统驱动振子系统也存在失真，最后地面的响应与振子系统还存在畸变，这些因素造成的综合畸变很难用一个简单的函数加以描述，而畸变造成的结果是首先输出能量与预期有差异，同时产生了大量的谐波噪音，这影响了输出信号的信噪比。
现有技术中，硬件实现主要通过对重锤信号和平板信号非线性二次拟合求取改正量实时控制伺服阀，使响应精度提高从而减少畸变，该种方式存在改造复杂、地面响应与振子系统之间畸变降低不明显的缺陷。软件实现是通过利用力信号和重锤信号的差异拟合实现扫描信号的校正的，该种方式存在不能直接反应谐波变化、预设目标不明确的缺陷，进而使地面响应与振子系统之间畸变降低不明显。
发明内容
为了解决现有通过硬件改造使响应精度提高从而减少畸变的方式存在改造复杂、地面响应与振子系统之间畸变降低不明显的缺陷，本发明第一方面提供一种扫描信号校正方法，包括：
S1，利用预设扫描信号，控制震源在地表进行扫描，得到力信号；
S2，分别对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换，获得预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱；
S3，将预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱相减，得到剩余谐波谱；
S4，对剩余谐波谱进行反离散余弦变换，得到剩余谐波谱时频信号；
S5，利用剩余谐波谱时频信号，对预设扫描信号进行校正，得到新扫描信号；
S6，利用新扫描信号，控制震源在地表进行扫描，得到新力信号；
S7，判断剩余谐波谱时频信号的平均值或均方根差值是否在预定范围内，若在预定范围内，则输出新扫描信号，若超出预定范围，则用新力信号更新力信号，返回执行S2及其之后的步骤。
进一步实施例中，分别对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换，获得预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱，包括通过如下公式对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换：
其中，s(x)为预设扫描信号或力信号，N为信号s(x)样点数(长度)，x为时间，u为谐波分量
进一步实施例中，对剩余谐波谱进行反离散余弦变换，得到剩余谐波谱时频信号，包括通过如下公式对剩余谐波谱进行反离散余弦变换：
其中，f(t)为剩余谐波谱时频信号，Δdct(u)为剩余谐波谱，N为参与计算的谐波分量总数，u为谐波分量变量
进一步实施例中，利用剩余谐波谱时频信号，对预设扫描信号进行校正，得到新扫描信号，包括通过如下公式对预设扫描信号进行校正：
Snew(t)＝Sorig(t)+f(t)
其中，Snew(t)为新扫描信号，Sorig(t)为预设扫描信号，f(t)为剩余谐波谱时频信号。
进一步实施例中，S7中还包括：根据得到的所有剩余谐波谱时频信号，分析其收敛状态，若发散，则输出最小的剩余谐波谱时频信号对应的新扫描信号。
本发明的第二方面提供一种扫描信号校正装置，包括：
第一扫描模块，用于利用预设扫描信号，控制震源在地表进行扫描，得到力信号；
离散余弦变换模块，用于分别对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换，获得预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱；
计算模块，用于将预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱相减，得到剩余谐波谱；
反离散余弦变换模块，用于对剩余谐波谱进行反离散余弦变换，得到剩余谐波谱时频信号；
校正模块，用于利用剩余谐波谱时频信号，对预设扫描信号进行校正，得到新扫描信号；
第二扫描模块，用于利用新扫描信号，控制震源在地表进行扫描，得到新力信号；
分析模块，用于判断剩余谐波谱时频信号的平均值或均方根差值是否在预定范围内，若在预定范围内，则输出新扫描信号，若超出预定范围，则用新力信号更新力信号，重新依次启动离散余弦变换模块、计算模块、反离散余弦变换模块、校正模块及第二扫描模块。
进一步实施例中，离散余弦变换模块分别对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换，获得预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱，包括通过如下公式对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换：
其中，s(x)为预设扫描信号或力信号，N为信号s(x)样点数(长度)，x为时间，u为谐波分量。
进一步实施例中，反离散余弦变换模块对剩余谐波谱进行反离散余弦变换，得到剩余谐波谱时频信号，包括通过如下公式对剩余谐波谱进行反离散余弦变换：
其中，f(t)为剩余谐波谱时频信号，Δdct(u)为剩余谐波谱，N为参与计算的谐波分量总数，u为谐波分量变量。
进一步实施例中，校正模块利用剩余谐波谱时频信号，对预设扫描信号进行校正，得到新扫描信号，包括通过如下公式对预设扫描信号进行校正：
Snew(t)＝Sorig(t)+f(t)
其中，Snew(t)为新扫描信号，Sorig(t)为预设扫描信号，f(t)为剩余谐波谱时频信号。
进一步实施例中，分析模块，还用于根据得到的所有剩余谐波谱时频信号，分析其收敛状态，若发散，则输出最小的剩余谐波谱时频信号对应的新扫描信号。
本发明的第三方面提供一种计算机设备，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前述任一实施例所述的扫描信号校正方法。
本发明的第四方面提供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计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述任一实施例所述的扫描信号校正方法。
本发明可以很好的压制全频段的谐波噪声，得到的新扫描信号与新力信号之间的差异明显降低，同时能减少畸变能量增强低频有效信号。
为让本申请的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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示出了本申请实施例扫描信号校正方法的流程图；
图2示出了本发明实施例预设扫描信号及相应力信号的示意图；
图3示出了本发明实施例预设扫描信号谐波谱的示意图；
图4示出了本发明实施例力信号谐波谱的示意图；
图5示出了本发明实施例剩余谐波谱的示意图；
图6示出了本发明实施例剩余谐波谱时频信号示意图；
图7示出了本发明实施例预设扫描信号校正后的时频信号示意图；
图8示出了本发明实施例预设扫描信号激发时产生的信号时频图；
图9示出了本发明实施例新扫描信号激发时产生的力信号时频图；
图10示出了本发明实施例预设扫描信号激发时产生的力信号频谱图；
图11示出了本发明实施例新扫描信号激发时产生的力信号频谱图；
图12示出了本发明实施例扫描信号校正装置的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的技术特点及效果更加明显，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，本发明也可有其他不同的具体实例来加以说明或实施，任何本领域技术人员在权利要求范围内做的等同变换均属于本发明的保护范畴。
在本说明书的描述中，所使用的“第一”、“第二”，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。参考术语“一实施例”、“一具体实施例”、“例如”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本申请的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
考虑到现有技术中主要通过硬件改造使响应精度提高从而减少畸变，该种方式存在改造复杂、地面响应与振子系统之间畸变降低不明显的缺陷。
基于此，本发明提供一种扫描信号校正方法，如图1所述，扫描信号校正方法包括：
S1，利用预设扫描信号，控制震源在地表进行扫描，得到力信号，预设扫描信号及相应力信号如图2所示，其中，深色不连贯线条为力信号，浅色连贯线条为预设扫描信号。
S2，分别对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换，获得预设扫描信号谐波谱(如图3所示)及力信号谐波谱(如图4所示)。
S3，将预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱相减，得到剩余谐波谱(如图5所示)。
S4，对剩余谐波谱进行反离散余弦变换，得到剩余谐波谱时频信号(如图6所示)。
S5，利用剩余谐波谱时频信号，对预设扫描信号进行校正，得到新扫描信号(如图7所示)。
S6，利用新扫描信号，控制震源在地表进行扫描，得到新力信号；
S7，判断剩余谐波谱时频信号的平均值或均方根差值是否在预定范围内，若在预定范围内，则输出新扫描信号，若超出预定范围，则用新力信号更新力信号，返回执行S2及其之后的步骤。
具体实施时，S7中还包括：根据得到的所有剩余谐波谱时频信号，分析其收敛状态，若发散，则输出最小的剩余谐波谱时频信号对应的新扫描信号。
本实施例可以很好的压制全频段的谐波噪声，得到的新扫描信号与新力信号之间的差异明显降低，同时能减少畸变能量增强低频有效信号。
本发明一实施例中，具体实施时，考虑到利用预设扫描信号，控制不同的震源在不同的地表会产生不同的谐波噪音，为了消除这些谐波噪音，扫描信号校正方法除了包括上述步骤S1至S6外，还包括：当震源和/或地表发生变化时，重新执行S1至S6的步骤，输出新扫描信号。换句话说，对于每一台投入施工的震源均需通过上述步骤S1至S6，确定各自的新扫描信号。当地表类型发生变化时，需要对每一台投入施工的震源通过上述步骤S1至S6，确定各自的新扫描信号。
本发明一实施例中，上述步骤S2分别对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换，获得预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱，包括通过如下公式对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换：
其中，s(x)为预设扫描信号或力信号，N为信号s(x)样点数(长度)，x为时间，u为谐波分量。
本发明一实施例中，上述步骤S3将预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱相减，得到剩余谐波谱，包括通过如下公式计算剩余谐波谱：
Δdct＝Sdct-Fdct，
其中，Δdct为剩余谐波谱，Sdct为扫描信号谐波谱，Fdct为力信号谐波谱。
本发明一实施例中，上述步骤S4对剩余谐波谱进行反离散余弦变换，得到剩余谐波谱时频信号，包括通过如下公式对剩余谐波谱进行反离散余弦变换：
其中，f(t)为剩余谐波谱时频信号，Δdct(u)为剩余谐波谱，N为参与计算的谐波分量总数，u为谐波分量变量。
本发明一实施中，上述步骤S5利用剩余谐波谱时频信号，对预设扫描信号进行校正，得到新扫描信号，包括通过如下公式对预设扫描信号进行校正：
Snew(t)＝Sorig(t)+f(t)
其中，Snew(t)为新扫描信号，Sorig(t)为预设扫描信号，f(t)为剩余谐波谱时频信号。
本发明所述扫描信号校正方法应用于某实地进行实现，得到了非常好的效果，下面结合附图进行说明，如图8至图11所示，图8示出了预设扫描信号激发时产生的力信号时频图，图9示出了新扫描信号激发时产生的力信号时频图，图10示出了预设扫描信号激发时产生的力信号频谱，图11示出了新扫描信号激发时产生的力信号频谱，由图8及图9可以看出，新扫描信号产生力信号的谐波干扰得到了明显的压制，从图10及图11可以看出，低频段(小于3Hz)效果更为明显，新扫描信号获得的力信号输出振幅增加了约10％以上，从频谱整体变化范围来看，新扫描信号获得的力信号输出频谱更为均匀。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种扫描信号校正装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与扫描信号校正方法相似，因此该装置的实施可以参见扫描信号校正方法的实施，重复之处不再赘述。
具体的，如图12所示，一种扫描信号校正装置包括：
第一扫描模块210，用于利用预设扫描信号，控制震源在地表进行扫描，得到力信号；
离散余弦变换模块220，用于分别对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换，获得预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱；
计算模块230，用于将预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱相减，得到剩余谐波谱；
反离散余弦变换模块240，用于对剩余谐波谱进行反离散余弦变换，得到剩余谐波谱时频信号；
校正模块250，用于利用剩余谐波谱时频信号，对预设扫描信号进行校正，得到新扫描信号；
第二扫描模块260，用于利用新扫描信号，控制震源在地表进行扫描，得到新力信号；
分析模块270，用于剩余谐波谱时频信号的平均值或均方根差值是否在预定范围内，若在预定范围内，则输出新扫描信号，若超出预定范围，则用新力信号更新力信号，重新依次启动离散余弦变换模块220、计算模块230、反离散余弦变换模块240、校正模块250及第二扫描模块260。
具体实施时，分析模块270，还用于根据得到的所有剩余谐波谱时频信号，分析其收敛状态，若发散，则输出最小的剩余谐波谱时频信号对应的新扫描信号。
本实施例可以很好的压制全频段的谐波噪声，得到的新扫描信号与新力信号之间的差异明显降低，同时能减少畸变能量增强低频有效信号。
本发明一实施例中，离散余弦变换模块220分别对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换，获得预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱，包括通过如下公式对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换：
其中，s(x)为预设扫描信号或力信号，N为信号s(x)样点数(长度)，x为时间，u为谐波分量。
本发明一实施例中，计算模块230将预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱相减，得到剩余谐波谱，包括通过如下公式计算剩余谐波谱：
Δdct＝Sdct-Fdct，
其中，Δdct为剩余谐波谱，Sdct为扫描信号谐波谱，Fdct为力信号谐波谱。
本发明一实施例中，反离散余弦变换模块240对剩余谐波谱进行反离散余弦变换，得到剩余谐波谱时频信号，包括通过如下公式对剩余谐波谱进行反离散余弦变换：
其中，f(t)为剩余谐波谱时频信号，Δdct(u)为剩余谐波谱，N为参与计算的谐波分量总数，u为谐波分量变量。
本发明一实施例中，校正模块250利用剩余谐波谱时频信号，对预设扫描信号进行校正，得到新扫描信号，包括通过如下公式对预设扫描信号进行校正：
Snew(t)＝Sorig(t)+f(t)
其中，Snew(t)为新扫描信号，Sorig(t)为预设扫描信号，f(t)为剩余谐波谱时频信号。
本发明一实施中，还提供一种计算机设备，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前述任一实施例所述的扫描信号校正方法。
本发明一实施中，还提供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计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述任一实施例所述的扫描信号校正方法。
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。
以上所述仅用于说明本发明的技术方案，任何本领域普通技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围应视权利要求范围为准。
Claims (13)
1.一种扫描信号校正方法，其特征在于，包括：
S1，利用预设扫描信号，控制震源在地表进行扫描，得到力信号；
S2，分别对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换，获得预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱；
S3，将预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱相减，得到剩余谐波谱；
S4，对剩余谐波谱进行反离散余弦变换，得到剩余谐波谱时频信号；
S5，利用剩余谐波谱时频信号，对预设扫描信号进行校正，得到新扫描信号；
S6，利用新扫描信号，控制震源在地表进行扫描，得到新力信号；
S7，判断剩余谐波谱时频信号的平均值或均方根差值是否在预定范围内，若在预定范围内，则输出新扫描信号，若超出预定范围，则用新力信号更新力信号，返回执行S2及其之后的步骤。
2.如权利要求1所述的扫描信号校正方法，其特征在于，分别对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换，获得预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱，包括通过如下公式对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换：
其中，s(x)为预设扫描信号或力信号，N为信号s(x)样点数，x为时间，u为谐波分量。
3.如权利要求1所述的扫描信号校正方法，其特征在于，对剩余谐波谱进行反离散余弦变换，得到剩余谐波谱时频信号，包括通过如下公式对剩余谐波谱进行反离散余弦变换：
其中，f(t)为剩余谐波谱时频信号，Δdct(u)为剩余谐波谱，N为参与计算的谐波分量总数，u为谐波分量变量。
4.如权利要求1所述的扫描信号校正方法，其特征在于，利用剩余谐波谱时频信号，对预设扫描信号进行校正，得到新扫描信号，包括通过如下公式对预设扫描信号进行校正：
Snew(t)＝Sorig(t)+f(t)
其中，Snew(t)为新扫描信号，Sorig(t)为预设扫描信号，f(t)为剩余谐波谱时频信号。
5.如权利要求1所述的扫描信号校正方法，其特征在于，S7中还包括：
根据得到的所有剩余谐波谱时频信号，分析其收敛状态，若发散，则输出最小的剩余谐波谱时频信号对应的新扫描信号。
6.如权利要求1所述的扫描信号校正方法，其特征在于，还包括：
当震源和/或地表发生变化时，重新执行S1至S6的步骤，输出新扫描信号。
7.一种扫描信号校正装置，其特征在于，包括：
第一扫描模块，用于利用预设扫描信号，控制震源在地表进行扫描，得到力信号；
离散余弦变换模块，用于分别对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换，获得预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱；
计算模块，用于将预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱相减，得到剩余谐波谱；
反离散余弦变换模块，用于对剩余谐波谱进行反离散余弦变换，得到剩余谐波谱时频信号；
校正模块，用于利用剩余谐波谱时频信号，对预设扫描信号进行校正，得到新扫描信号；
第二扫描模块，用于利用新扫描信号，控制震源在地表进行扫描，得到新力信号；
分析模块，用于判断剩余谐波谱时频信号的平均值或均方根差值是否在预定范围内，若在预定范围内，则输出新扫描信号，若超出预定范围，则用新力信号更新力信号，重新依次启动离散余弦变换模块、计算模块、反离散余弦变换模块、校正模块及第二扫描模块。
8.如权利要求7所述的扫描信号校正装置，其特征在于，离散余弦变换模块分别对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换，获得预设扫描信号谐波谱及力信号谐波谱，包括通过如下公式对预设扫描信号及力信号进行离散余弦变换：
其中，s(x)为预设扫描信号或力信号，N为信号s(x)样点数，x为时间，u为谐波分量。
9.如权利要求7所述的扫描信号校正装置，其特征在于，反离散余弦变换模块对剩余谐波谱进行反离散余弦变换，得到剩余谐波谱时频信号，包括通过如下公式对剩余谐波谱进行反离散余弦变换：
其中，f(t)为剩余谐波谱时频信号，Δdct(u)为剩余谐波谱，N为参与计算的谐波分量总数，u为谐波分量变量。
10.如权利要求7所述的扫描信号校正装置，其特征在于，校正模块利用剩余谐波谱时频信号，对预设扫描信号进行校正，得到新扫描信号，包括通过如下公式对预设扫描信号进行校正：
Snew(t)＝Sorig(t)+f(t)
其中，Snew(t)为新扫描信号，Sorig(t)为预设扫描信号，f(t)为剩余谐波谱时频信号。
11.如权利要求7所述的扫描信号校正装置，其特征在于，分析模块，还用于根据得到的所有剩余谐波谱时频信号，分析其收敛状态，若发散，则输出最小的剩余谐波谱时频信号对应的新扫描信号。
12.一种计算机设备，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6任一项所述的扫描信号校正方法。
13.一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计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述的扫描信号校正方法。
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2020
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