沖擊夯可控震源變頻偽隨機(jī)編碼掃描的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可控震源控制方法，尤其是沖擊夯可控震源變頻偽隨機(jī)編碼掃描 控制方法。 技術(shù)背景
[0002] 在地震勘探中，由于沖擊夯具有體積小，輸出力大，對環(huán)境無破壞性等優(yōu)點(diǎn)，越來 越多的被應(yīng)用于城市勘探以及地形復(fù)雜的山區(qū)地震勘探中。為了得到高質(zhì)量的地震數(shù)據(jù)， 需要沖擊夯以盡可能隨機(jī)的方式運(yùn)動(dòng)。
[0003] 吉林大學(xué)2010年碩士論文公開了《基于偽隨機(jī)編碼的夯擊震源技術(shù)研究》，介紹了 一種基于偽隨機(jī)編碼的夯擊震源技術(shù)進(jìn)行研究采用單片機(jī)為電路的核心，產(chǎn)生偽隨機(jī)編碼 信號(hào)，再通過電機(jī)對夯擊震源的油門進(jìn)行控制此多功能電路包含一個(gè)分電路，其電路的輸 出端與一個(gè)針插頭和一個(gè)插頭相連接，針插頭和插頭再與步進(jìn)電機(jī)相連接多功能電路的另 一端插頭分別于數(shù)字鍵盤、液晶顯示模塊、蜂鳴器相連接。以上論文將沖擊夯震源的振動(dòng)掃 描由手動(dòng)改為由單片機(jī)主控的自動(dòng)方式，但存在如在振動(dòng)時(shí)，沖擊夯震源的沖擊力較大，電 機(jī)容易損壞，缺少一個(gè)對電機(jī)的減震裝置沖擊夯震源振動(dòng)掃描工作方式不精確，影響地震 采集效果，不適用于長時(shí)間野外作業(yè)等不足。
[0004] CN102830425A公開了《沖擊夯可控震源控制裝置及控制方法》，由單片機(jī)作為控制 器，控制編碼方式及碼源時(shí)間等參數(shù)，達(dá)到控制沖擊夯震源油門的功能，完成精確控制震源 編碼掃描震動(dòng)，并設(shè)計(jì)了減震裝置，保護(hù)電機(jī)。解決了沖擊夯震源精確控制掃描時(shí)間和手動(dòng) 操作帶來的對地震數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)的問題，還解決了步進(jìn)電機(jī)在振動(dòng)掃描時(shí)易損壞，不適用 于長時(shí)間野外作業(yè)等問題。
[0005] CN104237931A公開了《沖擊夯可控震源的三元偽隨機(jī)編碼匹配控制方法》，利用沖 擊夯可控震源激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器控制輸出與三元偽隨機(jī)編碼序列對應(yīng)的掃描信號(hào)，編碼中 的-1對應(yīng)沖擊夯的油門在最小位置，即輸出力最小，編碼中的0對應(yīng)沖擊夯的油門在中間位 置，其輸出力為最大夯力的一半，編碼中的1對應(yīng)沖擊夯的油門在最大位置，即輸出力最大， 與二元偽隨機(jī)編碼方式相比得到的地震原始記錄中相關(guān)干擾明顯減弱，提高了信噪比和分 辨率。
[0006] 上述發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，取得了良好的地震勘探效果，但是由于沖擊夯沖擊速 率的不夠隨機(jī)，會(huì)使地震數(shù)據(jù)的相關(guān)結(jié)果存在信噪比和分辨率低的問題，最后影響了地震 數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，對沖擊夯可控震源的掃描控制方法 進(jìn)行了改進(jìn)，增加了沖擊夯震動(dòng)的頻率范圍，使沖擊夯盡可能以隨機(jī)的方式運(yùn)行的一種沖 擊夯可控震源變頻偽隨機(jī)編碼掃描控制方法，
[0008] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0009] 1、一種沖擊夯可控震源變頻偽隨機(jī)編碼掃描控制方法，其特征在于，包括以下步 驟：
[0010] a、輸入尾隨機(jī)編碼序列a(i)，長度L;
[0011] b、讀取編碼序列中0和1的個(gè)數(shù)，分別為Μ和N;
[0012] c、生成個(gè)數(shù)為Μ的0序列b(j)，生成個(gè)數(shù)為Ν的隨機(jī)數(shù)列c(k)
[0013] d、將0碼元和0序列b( j)進(jìn)行匹配，
[0014] e、將1碼元和隨機(jī)數(shù)列c(k)進(jìn)行匹配；
[0015] f、得到新的匹配序列d(i);
[0016] g、以序列d(i)對應(yīng)的內(nèi)容為頻率大小，進(jìn)行頻率匹配調(diào)制，最后得到變頻偽隨機(jī) 編碼掃描?目號(hào)。
[0017] 有益效果:經(jīng)仿真模擬，結(jié)果表明，變頻偽隨機(jī)編碼掃描方式拓寬了沖擊夯的振動(dòng) 頻率范圍，改善了由于單一振動(dòng)頻率引起的相關(guān)干擾問題。對比恒頻偽隨機(jī)編碼掃描控制 方式的自相關(guān)結(jié)果，如圖8所示，和變頻偽隨機(jī)編碼掃描控制方式的自相關(guān)結(jié)果，如圖10所 示，可以看出，相關(guān)子波的主瓣突出，旁瓣幅度小、衰減快，尾部振幅衰減快，明顯的提高了 分辨率和信噪比，提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量。與現(xiàn)有技術(shù)相比：旁瓣明顯的降低，相關(guān)干擾明顯減少， 尾部振幅衰減快，說明子波分辨率好，信噪比高，明顯的提高了地震數(shù)據(jù)質(zhì)量。
【附圖說明】：
[0018] 圖1沖擊夯可控震源穩(wěn)定振動(dòng)信號(hào)圖
[0019] 圖2穩(wěn)定振動(dòng)信號(hào)相關(guān)結(jié)果圖
[0020] 圖3單個(gè)穩(wěn)定震動(dòng)信號(hào)圖
[0021] 圖4線性移位寄存器原理框圖 [0022]圖5-組偽隨機(jī)編碼序列圖
[0023] 圖6模擬生成的混合相位子波圖
[0024] 圖7恒頻偽隨機(jī)編碼掃描信號(hào)圖
[0025] 圖8恒頻偽隨機(jī)編碼掃描信號(hào)相關(guān)結(jié)果圖
[0026] 圖9變頻偽隨機(jī)編碼掃描信號(hào)圖
[0027] 圖10變頻偽隨機(jī)編碼掃描信號(hào)的相關(guān)結(jié)果圖
[0028] 圖11沖擊夯可控震源變頻偽隨機(jī)編碼掃描的控制方法流程圖
【具體實(shí)施方式】：
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例以及仿真結(jié)果對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：
[0030] -種沖擊夯可控震源變頻偽隨機(jī)編碼掃描控制方法，包括以下步驟：
[0031] a、輸入尾隨機(jī)編碼序列a(i)，長度L;
[0032] b、讀取編碼序列中0和1的個(gè)數(shù)，分別為Μ和N;
[0033] c、生成個(gè)數(shù)為Μ的0序列b(j)，生成個(gè)數(shù)為Ν的隨機(jī)數(shù)列c(k)
[0034] d、將0碼元和0序列b( j)進(jìn)行匹配，
[0035] e、將1碼元和隨機(jī)數(shù)列c(k)進(jìn)行匹配；
[0036] f、得到新的匹配序列d(i);
[0037] g、以序列d(i)對應(yīng)的內(nèi)容為頻率大小，進(jìn)行頻率匹配調(diào)制，最后得到變頻偽隨機(jī) 編碼掃描?目號(hào)。
[0038]首先對沖擊夯可控震源的信號(hào)進(jìn)行分析。圖1為沖擊夯可控震源穩(wěn)定振動(dòng)的信號(hào)， 截取時(shí)間為Is。從圖中可以看出沖擊窮可控震源穩(wěn)定振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)頻率大約為12Hz，振幅也 比較穩(wěn)定。對其進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到的結(jié)果如圖2所示，可以看出單一的振動(dòng)頻率存在著嚴(yán) 重的相關(guān)干擾問題，相關(guān)結(jié)果的旁瓣效應(yīng)非常嚴(yán)重。為了詳細(xì)的分析，對單個(gè)振動(dòng)信號(hào)子波 進(jìn)行了提取，如圖3所示，可知沖擊夯可控震源穩(wěn)定振動(dòng)時(shí)，子波類似于一個(gè)混合相位子波。
[0039] 其次，對偽隨機(jī)編碼原理進(jìn)行分析，生成相關(guān)性好的偽隨機(jī)編碼序列。偽隨機(jī)編碼 生成原理以線性移位寄存器為基礎(chǔ)，η級(jí)q元線性移位寄存器的原理框圖如圖4所示。
[0040] 圖4中η個(gè)移位寄存器的初始狀態(tài)為(ai，a2, . .，an)，當(dāng)有移位脈沖到來時(shí)，寄存器 的狀態(tài)經(jīng)過乘法器和加法器輸出的內(nèi)容是：
[0041 ] ?η+1 - BlCn+B2Cn-1+· · ·+Bn-lC2+BnCl......................................................( 1 )
[0042]并反饋到移位寄存器，于是移位寄存器的狀態(tài)變?yōu)?&2，&3，... &"+1)，輸出是&1，不 斷的加入移位脈沖，上述η級(jí)q元線性移位寄存器的輸出就是一個(gè)q元序列，當(dāng)q = 2時(shí)，輸出 的就是偽隨機(jī)編碼序列。
[0043]定義周期為N=2n_l的二元偽隨機(jī)序列的自相關(guān)函數(shù)R(j)為：
[0044]
[0045] 表明偽隨機(jī)編碼序列的自相關(guān)函數(shù)類似于白噪聲序列的自相關(guān)函數(shù)，具有相似的 脈沖特性。
[0046] 以圖5所示的偽隨機(jī)編碼序列為基礎(chǔ)，圖6所示模擬生成的混合相位子波為掃描信 號(hào)，進(jìn)行編碼匹配掃描，得到的恒頻偽隨機(jī)掃描信號(hào)如圖7所示。對其進(jìn)行自相關(guān)分析，結(jié)果 如圖8所示。從相關(guān)結(jié)果中可以看出，相比于沖擊夯自振的相關(guān)結(jié)果，旁瓣效應(yīng)稍減弱，但存 在著非常嚴(yán)重的相關(guān)干擾問題。
[0047] 為了增加信號(hào)的頻率范圍，在基于恒頻偽隨機(jī)編碼掃描控制方法的基礎(chǔ)上，本發(fā) 明提出變頻偽隨機(jī)編碼掃描控制方法。此方法以偽隨機(jī)編碼理論為基礎(chǔ)，以隨機(jī)數(shù)原理為 變頻依據(jù)，根據(jù)沖擊夯可控震源獨(dú)有的振動(dòng)信號(hào)特點(diǎn)，將偽隨機(jī)編碼序列中的振動(dòng)信號(hào)進(jìn) 行隨機(jī)化，調(diào)整沖擊夯的振動(dòng)頻率，最后得到變頻偽隨機(jī)編碼掃描信號(hào)。匹配流程圖如圖11 所示。首先生成偽隨機(jī)編碼掃描序列，其次，檢測編碼序列中〇和1的個(gè)數(shù)，分別為Μ和N，然后 生成個(gè)數(shù)為Μ的0數(shù)列和個(gè)數(shù)為Ν得到隨機(jī)數(shù)序列，其中隨機(jī)數(shù)在6-13之間。因?yàn)橥ㄟ^人工調(diào) 節(jié)油門測試，可知沖擊夯的沖擊速率在1-14次/s，但由于沖擊夯的機(jī)械特性以及保護(hù)機(jī)械 裝置，一般控制沖擊夯的沖擊速率在6-13HZ范圍內(nèi)，所以生成的隨機(jī)數(shù)在6-13之間。在匹配 過程中遵循的依據(jù)是:若偽隨機(jī)編碼序列中碼元為0,則得到新序列中碼元仍為0;若偽隨機(jī) 編碼序列中碼元為1，則按照編碼順序從左到右依次和隨機(jī)數(shù)列中的數(shù)進(jìn)行匹配，就可以得 到一組新的數(shù)列。最后，以新序列中的內(nèi)容為頻率大小，進(jìn)行頻率匹配，得到變頻偽隨機(jī)編 碼掃描信號(hào)，根據(jù)圖5所示的偽隨機(jī)編碼序列，對其進(jìn)行變頻掃描處理，得到的掃描信號(hào)如 圖9所示。其自相關(guān)結(jié)果如圖10所示。相比于恒頻偽隨機(jī)編碼掃描控制方法，變頻偽隨機(jī)編 碼掃描技術(shù)得到的自相關(guān)結(jié)果，旁瓣明顯的降低，相關(guān)干擾明顯減少，尾部振幅衰減快，說 明子波分辨率好，信噪比高，明顯的提高了地震數(shù)據(jù)質(zhì)量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種沖擊夯可控震源變頻偽隨機(jī)編碼掃描控制方法，其特征在于，包括以下步驟： a、 輸入偽隨機(jī)編碼序列a(i)，長度L; b、 讀取編碼序列中0和1的個(gè)數(shù)，分別為Μ和N; c、 生成個(gè)數(shù)為Μ的0序列b(j)，生成個(gè)數(shù)為Ν的隨機(jī)數(shù)列c(k); d、 將0碼元和0序列b(j)進(jìn)行匹配； e、 將1碼元和隨機(jī)數(shù)列c(k)進(jìn)行匹配； f、 得到新的匹配序列d(i); g、 以序列d(i)對應(yīng)的內(nèi)容為頻率大小，進(jìn)行頻率匹配調(diào)制，最后得到變頻偽隨機(jī)編碼 掃描信號(hào)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種沖擊夯可控震源變頻偽隨機(jī)編碼掃描的控制方法,根據(jù)隨機(jī)數(shù)原理為變頻依據(jù)，將偽隨機(jī)編碼序列中的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行隨機(jī)化，調(diào)整沖擊夯的振動(dòng)頻率，最后得到變頻偽隨機(jī)編碼掃描信號(hào)。經(jīng)仿真模擬，變頻偽隨機(jī)編碼掃描方式拓寬了沖擊夯的振動(dòng)頻率范圍，改善了由于單一振動(dòng)頻率引起的相關(guān)干擾問題。對比恒頻偽隨機(jī)編碼掃描控制方式的自相關(guān)結(jié)果，相關(guān)子波的主瓣突出，旁瓣幅度小、衰減快，尾部振幅衰減快，明顯的提高了分辨率和信噪比，提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量。與現(xiàn)有技術(shù)相比：旁瓣明顯的降低，相關(guān)干擾明顯減少，尾部振幅衰減快，說明子波分辨率好，信噪比高，明顯的提高了地震數(shù)據(jù)質(zhì)量。
【IPC分類】G01V1/155
【公開號(hào)】CN105467434
【申請?zhí)枴緾N201610024658
【發(fā)明人】陳祖斌, 李娜, 龍?jiān)? 孫峰
【申請人】吉林大學(xué)
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2016年1月15日