CN115794028A - 幅值靶向增强的伪随机信号构建方法、系统、介质及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电磁勘探信号生成技术领域,本发明提供了一种幅值靶向增强的伪随机信号构建方法、系统、介质及设备,通过改变基本构造单元的相位信息,构建不同组合下的高阶伪随机信号;对各高阶伪随机信号分别进行傅里叶变换,获得相应高阶伪随机信号的实际频谱;根据所述实际频谱,计算各主频信号幅值带权重下的相对均方误差,基于所述相对均方误差,选取相应的靶向增强伪随机信号。本发明能够根据不同频率幅值要求,靶向增强特定频率或者频段的幅值大小,使信号在对应频率或者频段具有更大幅值,进而获得更强的抗干扰能力,实现伪随机信号的靶向定制。
Description
技术领域
本发明属于电磁勘探信号生成技术领域,涉及一种幅值靶向增强的伪随机信号构建方法、系统、介质及设备。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
以往高阶伪随机信号中,以发明专利CN111522064B一种高阶伪随机电磁勘探信号生成方法及系统为例进行说明,信号构建目标一般是使信号中主频幅值更加均匀,没有考虑在信号发送时高频感抗的问题,导致虽然在设计时信号主频幅值相对均匀,但是在信号实际发送后高频部分因受到感抗影响相比低频幅值下降明显,发送后信号的幅值反而不均匀,且高频幅值过小不利于获得高质量的高频数据,影响伪随机信号的整体性能。同时,在传统高阶伪随机信号的生成过程中,不同构造单元之间的频率不能重复,无法实现某一频率或者频段幅值靶向增强。
发明内容
本发明为了解决上述问题,提出了一种幅值靶向增强的伪随机信号构建方法、系统、介质及设备,本发明能够根据不同频率幅值要求,靶向增强特定频率或者频段的幅值大小,使信号在对应频率或者频段具有更大幅值,进而获得更强的抗干扰能力,实现伪随机信号的靶向定制。
根据一些实施例,本发明采用如下技术方案:
一种幅值靶向增强的伪随机信号构建方法,包括以下步骤:
通过改变基本构造单元的相位信息,构建不同组合下的高阶伪随机信号;
对各高阶伪随机信号分别进行傅里叶变换,获得相应高阶伪随机信号的实际频谱;
根据所述实际频谱,计算各主频信号幅值带权重下的相对均方误差,基于所述相对均方误差,选取相应的靶向增强伪随机信号。
作为可选择的实施方式,还包括根据所述权重,确定目标频段内频率出现次数。
上述方案,通过配置权重,不仅实现了不同频率幅值要求,靶向增强特定频率或者频段的幅值大小,使信号在对应频率或者频段具有更大幅值;同时还解决了传统高阶伪随机信号构建方法中,不同构造单元之间的频率不能重复的问题。
作为可选择的实施方式,在计算相对均方误差时,加入权重因子,使目标频率的权重因子区别于其他频率权重因子,实现目标频率的幅值靶向增强。
作为进一步的限定,所述权重因子与增强系数相关。
作为可选择的实施方式,所述增强系数如果为正整数,则为频率成分出现次数。
作为可选择的实施方式,所述增强系数呈从设定频段到另一频段是变化的,不全为正整数,则根据频率最高系数向上取整所获得正整数,作为设定频段内频率出现次数。
作为进一步的限定,所述权重因子为增强系数的倒数。
作为可选择的实施方式,选取相对均方误差最小时对应信号作为最优伪随机信号。
作为可选择的实施方式,所述基本构造单元以2的倍数递增的频率组合方式进行,各基本构造单元信号相互叠加,得到高阶序列伪随机信号。
一种幅值靶向增强的伪随机信号构建系统,包括:
基本构造单元信号构建模块,用于通过改变基本构造单元的相位信息,构建不同组合下的高阶伪随机信号;
变换模块,用于对各高阶伪随机信号分别进行傅里叶变换,获得相应高阶伪随机信号的实际频谱;
幅值靶向增强模块,用于根据所述实际频谱,计算各主频信号幅值带权重下的相对均方误差,基于所述相对均方误差,选取相应的靶向增强伪随机信号。
一种计算机可读存储介质,其中存储有多条指令,所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述方法中的步骤。
一种终端设备,包括处理器和计算机可读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行所述的方法中的步骤。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明改变了传统高阶伪随机信号构建方法中,不同构造单元之间的频率不能重复的方式,解决了无法实现某一频率或者频段幅值靶向增强的问题。本发明在靶向增强伪随机信号构建过程中,不同构造单元之间的频率成分可以重复,在目标函数构建时,根据不同频率靶向增强程度,获得不同频率幅值权重因子,靶向增强特定频率或者频段的幅值大小,使信号在对应频率或者频段具有更大幅值,进而获得更强的抗干扰能力,实现伪随机信号的靶向定制。
本发明能够获得高质量的高频数据,具有广泛的应用价值,能够应用于对地电磁通讯电磁信号外,还可以应用于人工源电磁勘探的信号设计。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1是高阶伪随机信号设计波形及频谱;
图2是高阶伪随机信号实际发送波形及频谱;
图3是31频-4Hz-8192Hz伪随机信号基本构造单元1;
图4是31频-4Hz-8192Hz伪随机信号基本构造单元2;
图5是31频-4Hz-8192Hz伪随机信号基本构造单元3;
图6是31频-4Hz-8192Hz伪随机信号基本构造单元4;
图7是31频-4Hz-8192Hz伪随机信号基本构造单元5
图8是31频-4Hz-8192Hz伪随机信号基本构造单元6;
图9是高频增强系数为2;
图10是高频增强系数为3;
图11是中频增强系数为2;
图12是本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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。
在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
正如背景技术中所述的,传统高阶伪随机信号构建时,不同构造单元之间的频率不能重复,也正因如此,传统方法无法实现某一频率或者频段幅值靶向增强。
本发明提供一种幅值靶向增强的伪随机信号构建方法,能够根据不同频率幅值要求,靶向增强特定频率或者频段的幅值大小,使信号在对应频率或者频段具有更大幅值,进而获得更强的抗干扰能力,实现伪随机信号的靶向定制。
在本发明的靶向增强伪随机信号构建过程中,不同构造单元之间的频率成分可以重复,在目标函数构建时,根据不同频率靶向增强程度,获得不同频率幅值权重因子,计算主频幅值相对均方误差,以获得均方误差最小条件下对应为伪随机信号。
具体介绍如下,首先,依照传统高阶伪随机信号构建方法,如图1和图2所示,构建信号。
传统高阶伪随机信号的构建方程写为
其中,为一系阶梯信号的基本构造单元,如图3-图8所示(具体方法见专利《一种高阶伪随机电磁勘探信号生成方法及系统》CN111522064B),在伪随机信号构建时,需要根据需要选择中的最高频率和最低频率,通过将这些频率对应方波信号相互叠加,从而构建高阶伪随机信号的定制基本单元,构建结果如图3-图9所示。
通过对所构建信号进行傅里叶变换,获得该高阶伪随机信号的实际频谱,如公式(2)所示。
其中,为该高阶伪随机信号主频幅值之间的相对均方误差,为主频个数,为第个主频的系数索引位置,表示第个主频对应的频率域系数,为高阶伪随机信号对应所有主频幅值的平均值,为伪随机信号中主频幅值之间的相对均方误差,用以评价目标信号中主频幅值之间的离散程度。通过不断改变基本构造单元的相位信息,获得不同构造单元组合下的伪随机信号,并选取值最小时对应信号作为最优伪随机信号。
如图12所示,本发明在相对均方误差公式中加入权重因子,提出一种新的相对均方误差计算公式,如公式(4)所示:
公式(4)中加入了不同频率权重因子,可以定制频率幅值相对大小。如针对高频阻抗,定制信号使信号高频幅值增强,如图9所示;另外,针对中频段易受工频干扰问题,对伪随机信号100Hz-1000Hz之间幅值靶向增强,如图11所示。
具体的靶向增强的过程包括:
a)构建所有频率及其对应增强系数列表,根据此列表设计伪随机信号的基本构造单元个数;同时根据增强系数计算不同频率对应的权重因子,权重因子通过对增强系数取倒数实现;
b) 以表1中31频-4Hz-8192Hz定制伪随机信号为例说明,该信号中含主频31个,增强系数有1、2两类,根据探测频率和增强系数构建基本构造单元和权重因子,基本构造单元以2的倍数递增的频率组合方式进行,如4Hz、8Hz、16Hz…4096Hz、8192Hz等,构造阶梯信号作为基本构造单元1,12Hz、24Hz、48Hz、96Hz…3072Hz、6144Hz等,构造阶梯信号作为构造单元2。
由于1024Hz至8192Hz增强系数为2,在此频段内频率,按照频率之间2倍乘关系,拆成3组基本构造单元,因此,构建该定制伪随机信号共需要6组基本构造单元,具体见表1。
通过基本构造单元,利用公式(1)构建伪随机信号,利用公式(4)计算构造单元不同相位情况下的,计算各主频信号幅值带权重下的相对均方误差,获得符合增强系数的靶向增强伪随机信号。
c) 频率增强系数分为两种:固定增强和变化增强。其中,固定增强系数为正整数,如增强系数为2 , 3 , 4…n等,此时对应增强系数即为频率成分出现次数,权重因子为增强系数的倒数,如频率增强系数为2,则对应频率成分出现次数为2,相对均方误差中的权重因子为1/2。
变化增强系数是指从某一频率到另一频率不为固定值,为变化的,则在此情况下,根据频率最高系数向上取整所获得正整数,作为此频段内频率出现次数,如表4为例。
表1 固定增强系数
主频频率 | 增强系数 | 权重因子 | 构造单元1频率成分 | 构造单元2频率成分 | 构造单元3频率成分 | 构造单元4频率成分 | 构造单元5频率成分 | 构造单元6频率成分 |
8192 | 2 | 1/2 | 8192 | 8192 | ||||
6144 | 2 | 1/2 | 6144 | 6144 | ||||
5120 | 2 | 1/2 | 5120 | 5120 | ||||
4096 | 2 | 1/2 | 4096 | 4096 | ||||
3072 | 2 | 1/2 | 3072 | 3072 | ||||
2560 | 2 | 1/2 | 2560 | 2560 | ||||
2048 | 2 | 1/2 | 2048 | 2048 | ||||
1536 | 2 | 1/2 | 1536 | 1536 | ||||
1280 | 2 | 1/2 | 1280 | 1280 | ||||
1024 | 2 | 1/2 | 1024 | 1024 | ||||
768 | 1 | 1 | 768 | |||||
640 | 1 | 1 | 640 | |||||
512 | 1 | 1 | 512 | |||||
384 | 1 | 1 | 384 | |||||
320 | 1 | 1 | 320 | |||||
256 | 1 | 1 | 256 | |||||
192 | 1 | 1 | 192 | |||||
160 | 1 | 1 | 160 | |||||
128 | 1 | 1 | 128 | |||||
96 | 1 | 1 | 96 | |||||
80 | 1 | 1 | 80 | |||||
64 | 1 | 1 | 64 | |||||
48 | 1 | 1 | 48 | |||||
40 | 1 | 1 | 40 | |||||
32 | 1 | 1 | 32 | |||||
24 | 1 | 1 | 24 | |||||
20 | 1 | 1 | 20 | |||||
16 | 1 | 1 | 16 | |||||
12 | 1 | 1 | 12 | |||||
8 | 1 | 1 | 8 | |||||
4 | 1 | 1 | 4 |
表2 固定增强系数(3倍增强)
主频频率 | 增强系数 | 权重因子 | 构造单元1频率成分 | 构造单元2频率成分 | 构造单元3频率成分 | 构造单元4频率成分 | 构造单元5频率成分 | 构造单元6频率成分 | 构造单元7频率成分 | 构造单元8频率成分 | 构造单元9频率成分 |
8192 | 3 | 1/3 | 8192 | 8192 | 8192 | ||||||
6144 | 3 | 1/3 | 6144 | 6144 | 6144 | ||||||
5120 | 3 | 1/3 | 5120 | 5120 | 5120 | ||||||
4096 | 3 | 1/3 | 4096 | 4096 | 4096 | ||||||
3072 | 3 | 1/3 | 3072 | 3072 | 3072 | ||||||
2560 | 3 | 1/3 | 2560 | 2560 | 2560 | ||||||
2048 | 3 | 1/3 | 2048 | 2048 | 2048 | ||||||
1536 | 3 | 1/3 | 1536 | 1536 | 1536 | ||||||
1280 | 3 | 1/3 | 1280 | 1280 | 1280 | ||||||
1024 | 3 | 1/3 | 1024 | 1024 | 1024 | ||||||
768 | 1 | 1 | 768 | ||||||||
640 | 1 | 1 | 640 | ||||||||
512 | 1 | 1 | 512 | ||||||||
384 | 1 | 1 | 384 | ||||||||
320 | 1 | 1 | 320 | ||||||||
256 | 1 | 1 | 256 | ||||||||
192 | 1 | 1 | 192 | ||||||||
160 | 1 | 1 | 160 | ||||||||
128 | 1 | 1 | 128 | ||||||||
96 | 1 | 1 | 96 | ||||||||
80 | 1 | 1 | 80 | ||||||||
64 | 1 | 1 | 64 | ||||||||
48 | 1 | 1 | 48 | ||||||||
40 | 1 | 1 | 40 | ||||||||
32 | 1 | 1 | 32 | ||||||||
24 | 1 | 1 | 24 | ||||||||
20 | 1 | 1 | 20 | ||||||||
16 | 1 | 1 | 16 | ||||||||
12 | 1 | 1 | 12 | ||||||||
8 | 1 | 1 | 8 | ||||||||
4 | 1 | 1 | 4 |
表3 中间频率固定增强系数
主频频率 | 增强系数 | 权重因子 | 构造单元1频率成分 | 构造单元2频率成分 | 构造单元3频率成分 | 构造单元4频率成分 | 构造单元5频率成分 | 构造单元6频率成分 |
8192 | 1 | 1 | 8192 | |||||
6144 | 1 | 1 | 6144 | |||||
5120 | 1 | 1 | 5120 | |||||
4096 | 1 | 1 | 4096 | |||||
3072 | 1 | 1 | 3072 | |||||
2560 | 1 | 1 | 2560 | |||||
2048 | 1 | 1 | 2048 | |||||
1536 | 1 | 1 | 1536 | |||||
1280 | 1 | 1 | 1280 | |||||
1024 | 1 | 1 | 1024 | |||||
768 | 2 | 1/2 | 768 | 768 | ||||
640 | 2 | 1/2 | 640 | 640 | ||||
512 | 2 | 1/2 | 512 | 512 | ||||
384 | 2 | 1/2 | 384 | 384 | ||||
320 | 2 | 1/2 | 320 | 320 | ||||
256 | 2 | 1/2 | 256 | 256 | ||||
192 | 2 | 1/2 | 192 | 192 | ||||
160 | 2 | 1/2 | 160 | 160 | ||||
128 | 2 | 1/2 | 128 | 128 | ||||
96 | 1 | 1 | 96 | |||||
80 | 1 | 1 | 80 | |||||
64 | 1 | 1 | 64 | |||||
48 | 1 | 1 | 48 | |||||
40 | 1 | 1 | 40 | |||||
32 | 1 | 1 | 32 | |||||
24 | 1 | 1 | 24 | |||||
20 | 1 | 1 | 20 | |||||
16 | 1 | 1 | 16 | |||||
12 | 1 | 1 | 12 | |||||
8 | 1 | 1 | 8 | |||||
4 | 1 | 1 | 4 |
表4 变化增强系数
主频频率 | 增强系数 | 权重因子 | 构造单元1频率成分 | 构造单元2频率成分 | 构造单元3频率成分 | 构造单元4频率成分 | 构造单元5频率成分 | 构造单元6频率成分 |
8192 | 2 | 1/2 | 8192 | 8192 | ||||
6144 | 1.9 | 1/1.9 | 6144 | 6144 | ||||
5120 | 1.8 | 1/1.8 | 5120 | 5120 | ||||
4096 | 1.7 | 1/1.7 | 4096 | 4096 | ||||
3072 | 1.6 | 1/1.6 | 3072 | 3072 | ||||
2560 | 1.5 | 1/1.5 | 2560 | 2560 | ||||
2048 | 1.4 | 1/1.4 | 2048 | 2048 | ||||
1536 | 1.3 | 1/1.3 | 1536 | 1536 | ||||
1280 | 1.2 | 1/1.2 | 1280 | 1280 | ||||
1024 | 1.1 | 1/1.1 | 1024 | 1024 | ||||
768 | 1 | 1 | 768 | |||||
640 | 1 | 1 | 640 | |||||
512 | 1 | 1 | 512 | |||||
384 | 1 | 1 | 384 | |||||
320 | 1 | 1 | 320 | |||||
256 | 1 | 1 | 256 | |||||
192 | 1 | 1 | 192 | |||||
160 | 1 | 1 | 160 | |||||
128 | 1 | 1 | 128 | |||||
96 | 1 | 1 | 96 | |||||
80 | 1 | 1 | 80 | |||||
64 | 1 | 1 | 64 | |||||
48 | 1 | 1 | 48 | |||||
40 | 1 | 1 | 40 | |||||
32 | 1 | 1 | 32 | |||||
24 | 1 | 1 | 24 | |||||
20 | 1 | 1 | 20 | |||||
16 | 1 | 1 | 16 | |||||
12 | 1 | 1 | 12 | |||||
8 | 1 | 1 | 8 | |||||
4 | 1 | 1 | 4 |
在这里需要说明,本发明只是以部分实施例的方式进行举例说明,并不代表本发明的方案只限定于上述数值的应用。
本发明除能够应用于对地电磁通讯电磁信号外,还可以应用于人工源电磁勘探的信号设计。
本发明还提供以下产品实施例:
一种幅值靶向增强的伪随机信号构建系统,包括:
基本构造单元信号构建模块,用于通过改变基本构造单元的相位信息,构建不同组合下的高阶伪随机信号;
变换模块,用于对各高阶伪随机信号分别进行傅里叶变换,获得相应高阶伪随机信号的实际频谱;
幅值靶向增强模块,用于根据所述实际频谱,计算各主频信号幅值带权重下的相对均方误差,基于所述相对均方误差,选取相应的靶向增强伪随机信号。
一种计算机可读存储介质,其中存储有多条指令,所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述方法中的步骤。
一种终端设备,包括处理器和计算机可读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行所述的方法中的步骤。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明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发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种幅值靶向增强的伪随机信号构建方法,其特征是,包括以下步骤:
通过改变基本构造单元的相位信息,构建不同组合下的高阶伪随机信号;
对各高阶伪随机信号分别进行傅里叶变换,获得相应高阶伪随机信号的实际频谱;
根据所述实际频谱,计算各主频信号幅值带权重下的相对均方误差,基于所述相对均方误差,选取相应的靶向增强伪随机信号。
2.如权利要求1所述的一种幅值靶向增强的伪随机信号构建方法,其特征是,还包括根据增强系数确定不同频率权重,确定目标频段内频率出现次数。
3.如权利要求1所述的一种幅值靶向增强的伪随机信号构建方法,其特征是,在计算相对均方误差时,加入权重因子,使目标频率的权重因子区别于其他频率权重因子,实现目标频率的幅值靶向增强。
4.如权利要求3所述的一种幅值靶向增强的伪随机信号构建方法,其特征是,所述权重因子与增强系数相关,所述权重因子为增强系数的倒数。
5.如权利要求4所述的一种幅值靶向增强的伪随机信号构建方法,其特征是,所述增强系数为频率成分出现次数,为正整数的固定系数;
或,所述增强系数呈从设定频段到另一频段是变化的,根据频率最高系数向上取整所获得正整数,作为设定频段内频率出现次数。
6.如权利要求1所述的一种幅值靶向增强的伪随机信号构建方法,其特征是,选取带权重相对均方误差最小时对应信号作为最优伪随机信号。
7.如权利要求2所述的一种幅值靶向增强的伪随机信号构建方法,其特征是,所述基本构造单元以2的倍数递增的频率组合方式进行,各基本构造单元信号相互叠加,频率成分允许重复,得到高阶序列伪随机信号。
8.一种幅值靶向增强的伪随机信号构建系统,其特征是,包括:
基本构造单元信号构建模块,用于通过改变基本构造单元的相位信息,构建不同组合下的高阶伪随机信号;
变换模块,用于对各高阶伪随机信号分别进行傅里叶变换,获得相应高阶伪随机信号的实际频谱;
幅值靶向增强模块,用于根据所述实际频谱,计算各主频信号幅值带权重下的相对均方误差,基于所述相对均方误差,选取相应的靶向增强伪随机信号。
9.一种计算机可读存储介质,其特征是,其中存储有多条指令,所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7中任一项所述的方法中的步骤。
10.一种终端设备,其特征是,包括处理器和计算机可读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令,所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7中任一项所述的方法中的步骤。
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- 2023-02-13 CN CN202310101792.0A patent/CN115794028B/zh active Active
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Publication number | Publication date |
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CN115794028B (zh) | 2023-04-25 |
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