扫描信号获取方法及装置与流程

本申请涉及地球物理勘探技术领域，特别涉及一种扫描信号获取方法及装置。

背景技术：

目前可控震源地震勘探采集技术是陆上地震勘探采集技术发展的趋势，由于可控震源较炸药震源存在频率能量可控、安全环保、成本低、施工效率高等诸多优点，所以越来越受到各大石油地球物理石油公司的追捧。扫描信号是影响可控震源地震采集单炮质量的重要影响因素，不同的扫描信号将收获不同质量的地震采集质量。

现有技术中，获取扫描信号的过程一般如下：

获取目标扫描信号的类型和扫描参数；根据所述目标扫描信号的类型，确定目标扫描信号所对应频率函数的解析式；基于所述扫描参数和所述频率函数的解析式，计算所述目标扫描信号。所述目标扫描信号为待获取的扫描信号，所述目标扫描信号的类型可以包括线性扫描信号、指数扫描信号、以及对数扫描信号等，所述扫描参数可以包括起始频率和频率变化率等。

例如，目标扫描信号的类型可以为线性扫描信号。基于所述线性扫描信号，可以确定目标扫描信号所对应频率函数的解析式为f(t)＝f₁+kt，其中，f₁为起始频率，k为频率变化率。根据所述频率函数的解析式和扫描参数，可以计算所述目标扫描信号。

在实现本申请过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

上述现有技术中，在获取目标扫描信号时，需要根据目标扫描信号的类型，确定目标扫描信号所对应频率函数的解析式。当目标扫描信号所对应的频率函数能够使用解析式描述时，可以使用上述现有技术中的方法获取所述目标扫描信号。但是，当目标扫描信号所对应的频率函数无法使用解析式描述时，通常无法使用上述现有技术中的方法获取所述目标扫描信号。例如，整形扫描信号所对应的频率函数通常无法使用解析式描述。当目标扫描信号的类型为整形扫描信号时，通常无法使用上述现有技术中的方法获取所述目标扫描信号。

技术实现要素：

本申请实施方式的目的是提供一种扫描信号获取方法及装置，可以在目标扫描信号所对应的频率函数能够使用解析式描述时，以及在目标扫描信号所对应的频率函数无法使用解析式描述时，获取目标扫描信号。

为解决上述技术问题，本申请实施方式提供一种扫描信号获取方法及装置是这样实现的：

一种扫描信号获取方法，包括：

获取目标扫描信号所对应目标振幅的至少一个采样值，以及所对应目标功率谱的至少一个采样值；

基于预设的振幅、功率谱、与相位间的函数关系、所述目标振幅的至少一个采样值、以及所述目标功率谱的至少一个采样值，计算初始相位的至少一个采样值；

基于所述初始相位的至少一个采样值，计算初始扫描信号；

当功率谱差值大于预设阈值时，基于所述功率谱差值对初始功率谱进行修正，所述初始功率谱为所述初始扫描信号的功率谱，所述功率谱差值为所述初始功率谱与所述目标功率谱之间的差值；

基于修正后的初始功率谱，计算所述目标扫描信号。

一种扫描信号获取装置，包括：

目标振幅采样值及目标功率谱采样值获取单元，用于获取目标扫描信号所对应目标振幅的至少一个采样值，以及所对应目标功率谱的至少一个采样值；

初始相位采样值计算单元，用于基于预设的振幅、功率谱、与相位间的函数关系、所述目标振幅的至少一个采样值、以及所述目标功率谱的至少一个采样值，计算初始相位的至少一个采样值；

初始扫描信号计算单元，用于基于所述初始相位的至少一个采样值，计算初始扫描信号；

修正单元，用于当功率谱差值大于预设阈值时，基于所述功率谱差值对初始功率谱进行修正，所述初始功率谱为所述初始扫描信号的功率谱，所述功率谱差值为所述初始功率谱与所述目标功率谱之间的差值；

目标扫描信号计算单元，用于基于修正后的初始功率谱，计算所述目标扫描信号。

由以上本申请实施方式提供的技术方案可见，本申请实施方式可以依据振幅的采样值、功率谱的采样值、以及预设的振幅、功率谱、与相位间的函数关系，计算目标扫描信号。与现有技术相比，本申请实施方式在获取目标扫描信号时，避免了根据目标扫描信号的类型，确定目标扫描信号所对应频率函数解析式的过程。因此，本申请实施方式可以在目标扫描信号所对应的频率函数能够使用解析式描述时，以及在目标扫描信号所对应的频率函数无法使用解析式描述时，获取目标扫描信号。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术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申请中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请扫描信号获取方法一个实施方式的流程图；

图2为本申请扫描信号获取方法另一个实施方式的流程图；

图3为本申请一个具体的应用场景中目标功率谱的示意图；

图4为本申请一个具体的应用场景中目标振幅的示意图；

图5为本申请一个具体的应用场景中目标扫描信号的示意图；

图6为本申请扫描信号获取装置的功能结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都应当属于本申请保护的范围。

下面介绍本申请扫描信号获取方法的一个实施方式。如图1所示，该实施方式可以包括：

步骤S101：获取目标扫描信号所对应目标振幅的至少一个采样值，以及所对应目标功率谱的至少一个采样值。

所述目标扫描信号通常为待获取的扫描信号。所述目标扫描信号的类型可以包括线性扫描信号、整形扫描信号、指数扫描信号、对数扫描信号、以及扩展低频扫描信号等。

所述目标扫描信号所对应的目标振幅可以为常数，也可以为关于时间的函数。所述目标扫描信号所对应的目标功率谱可以为常数，也可以为关于频率的函数。

所述目标振幅采样值的数量通常与所述目标功率谱采样值的数量可以相同，均可以为Q个，其中，Q为正整数。

步骤S102：基于预设函数关系、所述目标振幅的至少一个采样值、以及所述目标功率谱的至少一个采样值，计算初始相位的至少一个采样值。

所述预设函数关系为振幅、功率谱、和相位之间的函数关系，具体可以如下。

上式(1)中，

n为正整数，通常小于或等于Q的数值；

t_n为第n个采样点所对应的时间值；

f_n为第n个采样点所对应的频率值；

为时间值t_n所对应震幅采样值的平方；

P_n(f_n)为频率值f_n所对应功率谱的采样值；

Δt_n为第n个采样点所对应的时间周期；

Δf_n为第n个采样点所对应的频率周期；

为第n个采样点所对应的相位值；

为的二阶导数；

为第n-1个采样点所对应的相位值；

为的一阶导数；

的二阶导数；

为第n+1个采样点所对应的相位值，为的二阶导数。

振幅、功率谱、与相位间通常有如下所示的微分方程式。

上式(2)中，

A(t)为震幅，具体可以为关于时间的函数；

P(f)为功率谱，具体可以为关于频率的函数；

为相位，具体可以为关于时间的函数；

为的二阶导数。

那么，通过对振幅、功率谱、与相位间的微分方程式进行泰勒级数展开，可以得到所述振幅、功率谱、与相位间的函数关系。

所述目标振幅采样值的数量通常与所述目标功率谱采样值的数量可以相同，所述初始相位采样值的数量与所述目标功率谱采样值的数量可以相同。那么，所述基于预设的振幅、功率谱、与相位间的函数关系、所述目标振幅的至少一个采样值、以及所述目标功率谱的至少一个采样值，计算初始相位的至少一个采样值，可以包括：对于所述目标振幅的每个采样值，将该采样值作为第一采样值；获取与所述第一采样值的相对应的所述目标功率谱的采样值，将获取的采样值作为第二采样值；基于所述第一采样值、所述第二采样值、以及所述振幅、功率谱、与相位间的函数关系，计算得到初始相位的一个采样值。

通常地，可以预先设定初始值，可以基于所述预设的初始值、所述目标振幅的至少一个采样值、所述目标功率谱的至少一个采样值、以及所述预设的振幅、功率谱、与相位间的函数关系，计算初始相位的至少一个采样值。其中，所述初始值可以包括以及

例如，所述目标振幅采样值的数量与所述目标功率谱采样值的数量均可以为3个。t₁为第1个采样点所对应的时间值，t₂为第2个采样点所对应的时间值，t₃为第3个采样点所对应的时间值。为时间值t₁所对应震幅采样值的平方，为时间值t₂所对应震幅采样值的平方，为时间值t₃所对应震幅采样值的平方。f₁为第1个采样点所对应的频率值，f₂为第2个采样点所对应的频率值，f₃为第3个采样点所对应的频率值。P₁(f₁)为频率值f₁所对应目标功率谱的采样值，P₂(f₂)为频率值f₂所对应目标功率谱的采样值，P₃(f₃)为频率值f₃所对应目标功率谱的采样值。那么，可以基于所述预设的振幅、功率谱、与相位间的函数关系、P₁(f₁)、P₂(f₂)、以及P₃(f₃)，计算得到初始相位的3个采样值，即，第1个采样点所对应的相位值第2个采样点所对应的相位值以及第3个采样点所对应的相位值

步骤S103：基于所述初始相位的至少一个采样值，计算初始扫描信号。

所述基于所述初始相位的至少一个采样值，计算初始扫描信号，可以包括：基于所述初始相位的至少一个采样值，通过如下的公式计算初始扫描信号。

上式(3)中，

S_n(t_n)为时间值t_n所对应的初始扫描信号采样值；

A_n(t_n)为时间值t_n所对应的目标振幅采样值；

为第n个采样点所对应的相位值。

具体地，基于所述初始相位的至少一个采样值，可以通过公式(3)计算得到初始扫描信号的至少一个采样值；对初始扫描信号的至少一个采样值进行插值处理，得到所述初始扫描信号。

步骤S104：当功率谱差值大于预设阈值时，基于所述功率谱差值对初始功率谱进行修正，所述初始功率谱为所述初始扫描信号的功率谱，所述功率谱差值为所述初始功率谱与所述目标功率谱之间的差值。

所述预设阈值可以根据精度的需要灵活设定，例如，可以为0.0001。

通常地，可以将所述初始扫描信号的功率谱作为初始功率谱，并可以获取所述初始功率谱与所述目标功率谱之间的功率谱差值。将所述功率谱差值与预设阈值进行比较，当所述功率谱差值大于预设阈值时，可以基于所述功率谱差值对初始功率谱进行修正。

所述基于所述功率谱差值对初始功率谱进行修正，可以包括：基于所述功率谱差值，计算修正值；当所述初始功率谱大于所述目标功率谱时，将所述初始功率谱与所述修正值相减；当所述初始功率谱小于所述目标功率谱时，将所述初始功率谱与所述修正值相加。

通常可以将所述功率谱差值与预设修正值相乘，得到修正值。所述修正系数可以根据实际需要灵活设定，例如，可以为0.25。

步骤S105：基于修正后的初始功率谱，计算所述目标扫描信号。

具体地，可以获取修正后初始功率谱的至少一个采样值；可以基于预设函数关系、所述目标振幅的至少一个采样值、以及修正后初始功率谱的至少一个采样值，计算目标相位的至少一个采样值；可以基于所述目标相位的至少一个采样值，计算目标扫描信号。

所述获取修正后初始功率谱的至少一个采样值，可以与步骤S101相类似。

所述基于预设函数关系、所述目标振幅的至少一个采样值、以及修正后初始功率谱的至少一个采样值，计算目标相位的至少一个采样值，可以与步骤S102相类似。

所述基于所述目标相位的至少一个采样值，计算目标扫描信号，可以与步骤S103相类似。

在一个实施方式中，在步骤S105之后，当功率谱差值小于或等于所述预设阈值时，所述方法还包括：将所述初始扫描信号作为所述目标扫描信号。

在一个实施方式中，如图2所示，在步骤S105之后，所述方法还可以包括如下的步骤：

步骤a：将所述目标扫描信号作为当前扫描信号；

步骤b：当当前功率谱差值大于预设阈值时，基于所述当前功率谱差值对当前功率谱进行修正，执行步骤d，所述当前功率谱为所述当前扫描信号的功率谱，所述当前功率谱差值为所述当前功率谱与所述目标功率谱之间的差值；

步骤c：当当前功率谱差值小于或等于预设阈值时，执行步骤e；

步骤d：基于修正后的当前功率谱，计算当前扫描扫描信号，重复步骤b至步骤d；

步骤e：将当前扫描信号作为目标扫描信号。

图1所对应的实施方式可以依据振幅的采样值、功率谱的采样值、以及预设的振幅、功率谱、与相位间的函数关系，计算目标扫描信号。与现有技术相比，图1所对应的实施方式在获取目标扫描信号时，避免了根据目标扫描信号的类型，确定目标扫描信号所对应频率函数解析式的过程。因此，图1所对应的实施方式可以在目标扫描信号所对应的频率函数能够使用解析式描述时，以及在目标扫描信号所对应的频率函数无法使用解析式描述时，获取目标扫描信号。

图1所对应的实施方式，目标扫描信号所对应的目标振幅可以为常数，也可以为关于时间的函数。目标扫描信号所对应的目标功率谱可以为常数，也可以为关于时间的函数。这样，图1所对应的实施方式可以满足多种类型的扫描信号设计需求。例如，当目标功率谱为常数，并且目标振幅为常数时，获取的目标扫描信号的类型可以为线性扫描信号。又如，当目标功率谱为常数，并且目标振幅为关于时间的函数时，获取的目标扫描信号的类型可以为限制振幅信号(如扩展低频扫描信号)。又如，当前目标功率谱为关于频率的函数，并且目标振幅为常数时，获取的目标扫描信号的类型可以为子波整形信号。

在一个具体的应用场景中，目标扫描信号所对应的目标功率谱可以为雷克子波的功率谱，其主频可以为30Hz，其频带宽度可以为2-80Hz。目标扫描信号所对应的目标功率谱可以如图3所示。

目标扫描信号所对应的目标振幅可以为根据某种可控震源的低频特征曲线所设计的振幅。目标扫描信号所对应的目标振幅可以如图4所示。

根据图3所示的目标功率谱和图4所示的目标振幅，可以计算得到目标扫描信号。所述目标扫描信号可以如图5所示。

下面介绍本申请扫描信号获取装置的一个实施方式。如图6所示，该实施方式可以包括：

目标振幅采样值及目标功率谱采样值获取单元601，用于获取目标扫描信号所对应目标振幅的至少一个采样值，以及所对应目标功率谱的至少一个采样值；

初始相位采样值计算单元602，用于基于预设的振幅、功率谱、与相位间的函数关系、所述目标振幅的至少一个采样值、以及所述目标功率谱的至少一个采样值，计算初始相位的至少一个采样值；

初始扫描信号计算单元603，用于基于所述初始相位的至少一个采样值，计算初始扫描信号；

修正单元604，用于当功率谱差值大于预设阈值时，基于所述功率谱差值对初始功率谱进行修正，所述初始功率谱为所述初始扫描信号的功率谱，所述功率谱差值为所述初始功率谱与所述目标功率谱之间的差值；

目标扫描信号计算单元605，用于基于修正后的初始功率谱，计算所述目标扫描信号。

在一个实施方式中，所述装置还可以包括：

目标扫描信号获取单元，用于当功率谱差值小于或等于所述预设阈值时，将所述初始扫描信号作为所述目标扫描信号。

在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片2。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware Description Language)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(Ruby Hardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog2。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。

控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。