CN113885078A - 一种基于峰值判别的差分累加高分辨浅剖分层处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于峰值判别的差分累加高分辨浅剖分层方法，用于实时输出高分辨率的海底浅地层剖面图像。首先，将海底浅地层反向散射信号包络的三个相邻样本点依次两两做一阶差分运算，并将连续大于零的差分输出进行累加求和；其次，对相同的三个样本点做二阶差分运算，并判别若两个一阶差分运算结果若均小于零，则将二阶差分运算结果作为高分辨浅剖分层处理的输出，否则将一阶差分输出的累加和作为高分辨浅剖分层处理的输出，并重新进行一阶差分输出的累加运算。以此类推，逐点输出高分辨浅剖分层信号。该方法计算简单，利于工程实时实现，可有效提高海底浅地层剖面的分辨率和信噪比。

Description

一种基于峰值判别的差分累加高分辨浅剖分层处理方法
技术领域
本发明涉及一种基于峰值判别的差分累加高分辨浅剖分层处理方法，属数字信号处理领域，应用于海底浅地层回波信号处理可获得高分辨和高信噪比的海底浅地层剖面图像。
背景技术
大的穿透深度和高的探测分辨率是海底浅地层剖面探测领域难以调和的一对矛盾，大的穿透深度需要采用低频率的探测信号，而信号频率的降低直接制约探测分辨率的提高；而提高探测信号频率可以一定程度上提高探测分辨率，但高频信号声衰减严重，造成海底穿透深度极具下降。即便采用了调频信号和脉冲压缩技术，实际探测也受系统带宽的限制，探测分辨率也存在相应的限度，采用传统技术难以进一步得到提升。本发明提出一种基于峰值判别的差分累加高分辨浅剖分层处理方法，可在传统浅剖信号包络求解的基础上进行采用一阶、二阶两级差分运算，通过包络波峰判决，设计高分辨浅剖分层信号输出准则，实时实现高分辨浅剖分层信号输出，对连续探测周期的浅剖信号进行处理可获得高分辨、高信噪比的浅地层剖面图像。
发明内容
本发明的目的是实时实现一种基于峰值判别的差分累加高分辨浅剖分层处理方法，为高分辨海底浅地层剖面高分辨探测提供一种新的技术途径。
本发明的目的是这样实现的：一种基于峰值判别的差分累加高分辨浅剖分层处理方法，包括如下步骤：
S1、对海底浅地层反向散射信号包络的三个相邻样本点x(m)、x(m-1)和x(m-2)依次两两做一阶差分运算，得到一阶差分输出y1(m)、y1(m-1)；
S2、若y1(m)大于0，则对y1(m)进行累加，得到累加和
Figure BDA0003285496860000011
S3、对一阶差分继续做差分运算，得到二阶差分输出y2(m)＝y1(m)-y1(m-1)；
S4、判决输出高分辨浅剖分层信号h(m)。若y1(m-1)＞0且y1(m)＜＝0，则判别为出现波峰，
Figure BDA0003285496860000012
并初始化
Figure BDA0003285496860000013
若y1(m-1)＜0且y1(m)＜＝0，h(m)＝y2(m)。
S5、将海底浅地层反向散射信号包络样本向后滑动一个点，重复步骤S1至S4，，直至信号处理结束，对连续探测周期信号进行处理获得高分辨浅剖分层图像。
S1中所述的海底浅地层反向散射信号包络的三个相邻样本点x(m)、x(m-1)和x(m-2)依次两两做一阶差分运算得到的一阶差分输出y1(m)、y1(m-1)是按下面过程实现的：
y1(m-1)＝x(m-1)-x(m-2)
y1(m)＝x(m)-x(m-1)
S2中对y1(m)进行累加，得到累加和
Figure BDA0003285496860000021
是按下面过程实现的：
Figure BDA0003285496860000022
S3中的二阶差分输出y2(m)是按下面过程实现的：
y2(m)＝y1(m)-y1(m-1)
＝x(m)-2x(m-1)+x(m-2)
本发明涉及的一种基于峰值判别的差分累加高分辨浅剖分层处理方法具有以下有益效果：首先，方法实施流程简单，仅通过加减法运算及条件判断即可实现整个算法；其次，该方法检测并保留了浅剖包络中的所有的峰值信息，未造成探测信息的丢失，最大限度地输出峰值对应时延及相对幅度信息；同时，由于采用了差分运算，有效抑制了信号偏置，消除了低频噪声干扰的影响，真实还原并呈现了实际探测结果，提高了输出信号的信噪比；最后，整个算法可在一个采样周期(Δτ)内完成，非常利于工程实时实现。
附图说明
图1是本发明基于峰值判别的差分累加高分辨浅剖分层处理流程图；
图2是实施例的浅地层冲激响应及对应的回波包络及其频谱；
图3是实施例的浅地层冲激响应及对应的高分辨浅剖信号及其频谱；
图4是实施例的处理得到高分辨浅剖分层图像与传统处理方法对比。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，一种基于峰值判别的差分累加高分辨浅剖分层处理方法，包括如下步骤：
S1、对海底浅地层反向散射信号包络的三个相邻样本点x(m)、x(m-1)和x(m-2)依次两两做一阶差分运算，得到一阶差分输出y1(m)、y1(m-1)：
y1(m-1)＝x(m-1)-x(m-2)
y1(m)＝x(m)-x(m-1)
S2、若y1(m)大于0，则对y1(m)进行累加，得到累加和
Figure BDA0003285496860000023
S3、对一阶差分继续做差分运算，得到二阶差分输出y2(m)：
y2(m)＝y1(m)-y1(m-1)
＝x(m)-2x(m-1)+x(m-2)
S4、判决输出高分辨浅剖分层信号h(m)。若y1(m-1)＞0且y1(m)＜＝0，则判别为出现波峰，
Figure BDA0003285496860000024
并初始化
Figure BDA0003285496860000025
若y1(m-1)＜0且y1(m)＜＝0，h(m)＝y2(m)。
S5、将海底浅地层反向散射信号包络样本向后滑动一个点，重复步骤S1至S4，，直至信号处理结束，对连续探测周期信号进行处理获得高分辨浅剖分层图像。
下面结合算法处理流程，以具体的实例对本发明及其效果进行说明，图2给出了海底沉积层冲激响应及信噪比SNR＝0dB的带噪浅剖回波信号包络及其频谱，其中海底浅地层回波时刻依次为3ms、6ms、8ms、11ms、15ms、18ms，从相应的频谱图中可以发现，浅地层回波包络中存在强的低频干扰成分直接制约了浅剖成图质量和分辨率的提高；图3为海底沉积层冲激响应及采用本发明方法处理图2中浅地层回波包络得到的高分辨浅剖分层信号及其频谱，由处理结果可知，浅剖信号分辨率得到了显著提高，这一点从高分辨浅剖分层信号频谱图中可以得到体现(即由海森伯格定理可知，时宽和带宽乘积为常数，时域为冲激信号，那么频域上则无限宽)，且由于采用了两级差分运算，浅剖包络低频噪声得到了有效抑制；图4是连续处理200个探测周期浅剖信号输出的海底浅地层剖面图像，对比传统方法可以发现，本发明处理获得浅地层剖面图的分辨率得到了很大提高(分层更窄)，信噪比也得到了明显增强(背景更暗)，充分说明了本发明的各有益效果。

Claims (4)

1.一种基于峰值判别的差分累加高分辨浅剖分层处理方法，包括如下步骤：
S1、对海底浅地层反向散射信号包络的三个相邻样本点x(m)、x(m-1)和x(m-2)依次两两做一阶差分运算，得到一阶差分输出y1(m)、y1(m-1)；
S2、若y1(m)大于0，则对y1(m)进行累加，得到累加和
Figure FDA0003285496850000011
S3、对一阶差分继续做差分运算，得到二阶差分输出y2(m)＝y1(m)-y1(m-1)；
S4、判决输出高分辨浅剖分层信号h(m)；
若y1(m-1)>0且y1(m)<＝0，则判别为出现波峰，
Figure FDA0003285496850000012
并初始化
Figure FDA0003285496850000013
若y1(m-1)<0且y1(m)<＝0，h(m)＝y2(m)；
S5、将海底浅地层反向散射信号包络样本向后滑动一个点，重复步骤S1至S4过程，直至信号处理结束，对连续探测周期信号进行处理获得高分辨浅剖分层图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于峰值判别的差分累加高分辨浅剖分层处理方法，其特征在于，S1是按下面过程实现的：
y1(m-1)＝x(m-1)-x(m-2)
y1(m)＝x(m)-x(m-1)。
3.根据权利要求1所述的一种基于峰值判别的差分累加高分辨浅剖分层处理方法，其特征在于，S2中对y1(m)进行累加，得到累加和
Figure FDA0003285496850000014
是按下面过程实现的：
Figure FDA0003285496850000015
4.根据权利要求1所述的一种基于峰值判别的差分累加高分辨浅剖分层处理方法，其特征在于，S3中的二阶差分输出y2(m)是按下面过程实现的：
y2(m)＝y1(m)-y1(m-1)＝x(m)-2x(m-1)+x(m-2)。
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