CN113138417B - 一种基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法及装置 - Google Patents

一种基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法及装置，其中，方法包括：利用ti时刻的预设扫描信号值S(ti)，控制震源进行扫描，获得力信号值F(ti)；计算预设扫描信号值S(ti)与力信号值F(ti)之间的差异信号值Δ(ti)；根据差异信号值Δ(ti)及预设扫描信号值S(ti+1)，计算ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)，用ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)替换ti+1时刻预设扫描信号值S(ti+1)进行该时刻扫描。本发明可以很好的压制全频段的谐波噪声，提高激发地震信号的信噪比，校正后预设扫描信号激发得到的力信号与预设扫描信号之间的差异明显降低。

Description

一种基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法及装置
技术领域
本发明涉及可控震源扫描信号领域，尤其涉及一种基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法及装置。
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和软件实现方法复杂，校正目标不明确的缺陷，本发明第一方面提供一种基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法，包括：利用ti时刻的预设扫描信号值S(ti)，控制震源进行扫描，获得力信号值F(ti)；
计算预设扫描信号值S(ti)与力信号值F(ti)之间的差异信号值Δ(ti)；
根据差异信号值Δ(ti)及预设扫描信号值S(ti+1)，计算ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)，用ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)替换ti+1时刻预设扫描信号值S(ti+1)。
进一步实施例中，计算预设扫描信号与力信号之间的差异信号，包括利用如下公式计算差异信号：
Δ(ti)＝S(ti)-F(ti)；
其中，Δ(ti)为ti时刻的差异信号，S(ti)为ti时刻的预设扫描信号，F(ti)为ti时刻的力信号。
进一步实施例中，根据差异信号值Δ(ti)及预设扫描信号值S(ti+1)，计算ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)，包括利用如下公式进行校正：
S’(ti+1)＝S(ti+1)+Δ(ti)
其中，S’(ti+1)为ti+1时刻的预设扫描信号的校正值，S(ti+1)为ti+1时刻预设扫描信号值，Δ(ti)为ti时刻差异信号值。
进一步实施例中，于力信号反馈的扫描信号自动校正方法还包括：
根据连续N个时刻的差异信号值Δ(tj)及预设扫描信号值S(tj+1)，计算ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)，其中，j为从i-N+1至i的整数，i为当前时刻。本发明的第二方面提供一种基于力信号反馈的扫描信号自动校正装置，包括：
扫描模块，用于利用ti时刻的预设扫描信号值S(ti)，控制震源进行扫描，获得力信号值F(ti)；
计算模块，用于计算预设扫描信号值S(ti)与力信号值F(ti)之间的差异信号值Δ(ti)；
校正模块，用于根据差异信号值Δ(ti)及预设扫描信号值S(ti+1)，计算ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)，用ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)替换ti+1时刻预设扫描信号值S(ti+1)。
进一步实施例中，计算模块利用如下公式计算差异信号：
Δ(ti)＝S(ti)-F(ti)；
其中，Δ(ti)为ti时刻的差异信号，S(ti)为ti时刻的预设扫描信号，F(ti)为ti时刻的力信号。
进一步实施例中，校正模块利用如下公式进行校正：
S’(ti+1)＝S(ti+1)+Δ(ti)
其中，S’(ti+1)为ti+1时刻的预设扫描信号的校正值，S(ti+1)为ti+1时刻预设扫描信号值，Δ(ti)为ti时刻差异信号值。
进一步实施例中，校正模块还用于：根据连续N个时刻的差异信号值Δ(tj)及预设扫描信号值S(tj+1)，计算ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)，其中，j为从i-N+1至i的整数，i为当前时刻。
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基于力信号反馈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基于力信号反馈的扫描信号校正方法。
本发明提供的基于力信号反馈的扫描自动校正方法及装置，可以很好的压制全频段的谐波噪声，提高激发地震信号的信噪比，校正后预设扫描信号得到的力信号与预设扫描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。
为让本发明的上述和其他目的、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中的技术方案，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示出了本发明一实施例基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法的流程图；
图2示出了本发明一具体实施例预设扫描信号S(ti)的示意图；
图3示出了本发明一具体实施例预设扫描信号激发时产生的实际力信号F(ti)示意图；
图4示出了本发明一具体实施例差异值函数示意图；
图5示出了本发明一具体实施例利用校正后预设扫描信号产生的力信号示意图；
图6示出了本发明一具体实施例预设扫描信号产生的力信号的时频谱示意图；
图7示出了本发明一具体实施例校正后扫描信号产生的输力信号的时频谱示意图；
图8示出了本发明一实施例基于力信号反馈的扫描信号自动校正装置的结构图。
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，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发明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发明的实施，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和软件实现方法复杂，校正目标不明确的缺陷。为了解决这些缺陷，本发明提供一种基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法，如图1所示，基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法包括：
步骤110，利用ti时刻的预设扫描信号值S(ti)，控制震源进行扫描，获得力信号值F(ti)；
步骤120，计算预设扫描信号值S(ti)与力信号值F(ti)之间的差异信号值Δ(ti)；
步骤130，根据差异信号值Δ(ti)及预设扫描信号值S(ti+1)，计算ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)，用ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)替换ti+1时刻预设扫描信号值S(ti+1)。具体实施时，在下一时刻(即ti+1时刻)到来之前完成差异信号值Δ(ti)及ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)的求取。
待所有预设扫描信号校正完后，完成校正，输出校正或的预设扫描信号。
本发明能够利用上一时刻的预设扫描信号值与其力信号之间差异信号值，对下一时刻的预设扫描信号值进行预测校正，校正后的预设扫描信号能够很好的压制全频段的谐波噪声，提高激发地震用的信号的信噪比，校正后预设扫描信号得到的力信号与预设扫描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，步骤120计算预设扫描信号与力信号之间的差异信号，包括利用如下公式计算差异信号：
Δ(ti)＝S(ti)-F(ti)；
其中，Δ(ti)为ti时刻的差异信号，S(ti)为ti时刻的预设扫描信号，F(ti)为ti时刻的力信号。
本发明一实施例中，上述步骤130根据差异信号值Δ(ti)及预设扫描信号值S(ti+1)，计算ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)，包括利用如下公式进行校正：
S’(ti+1)＝S(ti+1)+Δ(ti)
其中，S’(ti+1)为ti+1时刻的预设扫描信号的校正值，S(ti+1)为ti+1时刻预设扫描信号值，Δ(ti)为ti时刻差异信号值。
本发明一实施例中，基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法还包括：根据连续N个时刻的差异信号值Δ(tj)及预设扫描信号值S(tj+1)，计算ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)，其中，j为从i-N+1至i的整数，i为当前时刻。
具体实施时，可将连续N个时刻的差异信号值Δ(tj)直接叠加至预设扫描信号值S(tj+1)上，得到ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)，还可将连续N个时刻的差异信号值Δ(tj)计算平均值之后叠加至预设扫描信号值S(tj+1)上，得到ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)。
本发明所述扫描信号自动校正方法利用某地实际资料进行模拟，得到了非常好的效果，下面结合附图进行说明，如图2至图7所示，图2示出了预设扫描信号S(ti)的示意图，图3示出了预设扫描信号激发时产生的实际力信号F(ti)，图4示出了本发明计算得到的差异值函数示意图，图5示出了本发明利用校正后预设扫描信号产生的力信号示意图，图6示出了预设扫描信号产生的力信号的时频谱示意图，图7示出了校正后扫描信号产生的输力信号的时频谱示意图，对比图6和图7可知，谐波得到了很好的消除，对比图2和图5可知，其输出的力信号与预设(期望)扫描信号一致。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供一种基于力信号反馈的扫描信号自动校正装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法相似，因此该装置的实施可以参见基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法的实施，重复之处不再赘述。
具体的，如图8所示，基于力信号反馈的扫描信号自动校正装置包括：
扫描模块810，用于利用ti时刻的预设扫描信号值S(ti)，控制震源进行扫描，获得力信号值F(ti)；
计算模块820，用于计算预设扫描信号值S(ti)与力信号值F(ti)之间的差异信号值Δ(ti)；
校正模块830，用于根据差异信号值Δ(ti)及预设扫描信号值S(ti+1)，计算ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)，用ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)替换ti+1时刻预设扫描信号值S(ti+1)。
本发明提供的基于力信号反馈的扫描信号自动校正装置，可以很好的压制全频段的谐波噪声，提高激发地震用的校正后预设扫描信号的信噪比，校正后预设扫描信号得到的力信号与预设扫描信号之间的差异明显降低，几乎相同，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，计算模块820利用如下公式计算差异信号：
Δ(ti)＝S(ti)-F(ti)；
其中，Δ(ti)为ti时刻的差异信号，S(ti)为ti时刻的预设扫描信号，F(ti)为ti时刻的力信号。
本发明进一步实施例中，校正模块830利用如下公式进行校正及替换：
S’(ti+1)＝S(ti+1)+Δ(ti)；
S(ti+1)＝S’(ti+1)；
其中，S’(ti+1)为ti+1时刻的预设扫描信号的校正值，S(ti+1)为ti+1时刻预设扫描信号值，Δ(ti)为ti时刻差异信号值。
本发明一实施例中，校正模块830还用于根据连续N个时刻的差异信号值Δ(tj)及预设扫描信号值S(tj+1)，计算ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)，其中，j为从i-N+1至i的整数，i为当前时刻。
具体实施时，可将连续N个时刻的差异信号值Δ(tj)直接叠加至预设扫描信号值S(tj+1)上，得到ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)，还可将连续N个时刻的差异信号值Δ(tj)计算平均值之后叠加至预设扫描信号值S(tj+1)上，得到ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)。
本发明一实施例中，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基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法。
本发明一实施例中，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基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法。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 (4)

1.一种基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法，其特征在于，包括：
利用ti时刻的预设扫描信号值S(ti)，控制震源进行扫描，获得力信号值F(ti)；
根据以下公式计算预设扫描信号值S(ti)与力信号值F(ti)之间的差异信号值△ (ti)：
△(ti)=S(ti)- F(ti)；
其中，△(ti)为ti时刻的差异信号，S(ti)为ti时刻的预设扫描信号，F(ti)为ti时刻的力信号；
根据差异信号值△(ti)及预设扫描信号值S(ti+1)，利用如下公式计算ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)：
S’(ti+1)= S(ti+1)+ △(ti)
其中，S’(ti+1)为ti+1时刻的预设扫描信号的校正值，S(ti+1)为ti+1时刻预设扫描信号值，△(ti)为ti时刻差异信号值，
或，根据连续N个时刻的差异信号值△(tj)及预设扫描信号值S(tj+1)，计算ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)，其中，j为从i-N+1至i的整数，i为当前时刻；
用ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)替换ti+1时刻预设扫描信号值S(ti+1)。
2.一种基于力信号反馈的扫描信号自动校正装置，其特征在于，包括：
扫描模块，用于利用ti时刻的预设扫描信号值S(ti)，控制震源进行扫描，获得力信号值F(ti)；
计算模块，用于根据以下公式计算预设扫描信号值S(ti)与力信号值F(ti)之间的差异信号值△(ti)：
△(ti)=S(ti)- F(ti)；
其中，△(ti)为ti时刻的差异信号，S(ti)为ti时刻的预设扫描信号，F(ti)为ti时刻的力信号；
校正模块，用于根据差异信号值△(ti)及预设扫描信号值S(ti+1)，利用如下公式计算ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)：S’(ti+1)= S(ti+1)+ △(ti)，其中，S’(ti+1)为ti+1时刻的预设扫描信号的校正值，S(ti+1)为ti+1时刻预设扫描信号值，△(ti)为ti时刻差异信号值，或，根据连续N个时刻的差异信号值△(tj)及预设扫描信号值S(tj+1)，计算ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)，其中，j为从i-N+1至i的整数，i为当前时刻；用ti+1时刻预设扫描信号的校正值S’(ti+1)替换ti+1时刻预设扫描信号值S(ti+1)。
3.一种计算机设备，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所述的基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法。
4.一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所述的基于力信号反馈的扫描信号自动校正方法。
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