微动采集设备道间相位差的约束解缠方法、装置和设备

本发明属于微动勘探，涉及一种微动采集设备道间相位差的约束解缠方法、装置和设备。

背景技术：

1、微动勘探是天然源面波勘探的核心技术之一，通过采集地表天然微弱振动信号提取瑞雷面波频散曲线，反演浅层地层s波速度结构，具有无需人工震源、探测效率高、环境友好等优势，广泛应用于工程地质勘察、城市地下空间探测、地质灾害监测等领域。

2、道间相位差的准确解缠是频散曲线提取的核心前提。常规处理流程为：对两道同步采集的微动时间序列进行互功率谱估计，得到折叠在区间内的原始相位序列；通过相位解缠算法恢复连续的真实相位差；基于相位差随频率的变化斜率计算面波相速度，最终生成频散曲线，再导入专业处理软件完成地层反演。

3、目前主流的相位解缠技术以逐点递推式解缠为代表，该算法通过逐点比较相邻频点的相位差，当差值超过时对后一频点加减以实现相位连续。其核心依赖“相邻频点真实相位差小于”的前提假设，逻辑简单、计算速度快，但在实际工程应用中局限性显著：野外采集数据普遍存在环境噪声干扰、低频段信噪比不足、局部相位随机跳变等问题，极易导致解缠过程出现整周期跳变，解缠后的相位曲线呈现锯齿状失真，最终拟合得到的相位斜率严重偏离真实值，直接造成频散曲线计算失效。

4、为提升解缠稳定性，部分方案引入固定速度范围约束，基于工区先验速度范围换算相位斜率上下限，对解缠结果进行范围校验。但该方案仅设置固定约束区间，未考虑采集设备本身的系统性整周期相位偏移与极性反转问题—不同型号、批次的微动采集设备受硬件电路设计、传感器接线极性、滤波器相位响应等因素影响，通道间普遍存在系统性相位偏移，部分设备偏移量可达整周期量级。一方面，折叠相位状态下无法准确判断整体趋势极性，易出现约束区间方向错位；另一方面，当设备相位偏移导致真实斜率落在固定约束区间外时，解缠结果会被强制校正到错误周期，反而加剧斜率估计偏差，最终提取的频散曲线整体偏离工区真实地质速度范围，无法正确归位。

5、另有质量图引导解缠、最小范数解缠等二维复杂解缠算法，多应用于insar、光学干涉测量等领域，虽解缠精度较高，但计算逻辑复杂、处理耗时长，针对微动勘探的一维相位序列存在算力过度消耗，且参数调试难度大，无法适配大批量勘探数据的自动化、工程化处理需求。

技术实现思路

1、针对现有微动相位解缠技术难以同时兼顾极性判别可靠性、解缠稳定性、归位准确性与处理高效性的问题，本发明提出了一种微动采集设备道间相位差的约束解缠方法、装置和设备，能够适配微动勘探场景，可自动校正极性、抑制跳周期误差、校正设备系统性相位偏移、保障频散曲线正确归位的相位差约束解缠方案。

2、为了实现上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

3、一方面，提供一种微动采集设备道间相位差的约束解缠方法，包括步骤：

4、步骤1：对获取的两道同步采集的微动原始时间序列进行预处理，根据预处理结果计算互功率谱，并根据互功率谱提取折叠相位，得到原始折叠相位序列。

5、步骤2：采用经典逐点递推算法对原始折叠相位做初步解缠，得到初步解缠相位序列，根据初步解缠相位序列对原始折叠相位序列进行极性校正。

6、步骤3：基于工区地质先验构建基准斜率约束区间，根据目标采集设备的系统性相位偏移量做区间平移，生成适配目标设备的解缠约束区间。

7、步骤4：根据解缠约束区间，采用参考线周期匹配法进行全局约束解缠，输出连续且斜率合规的约束解缠相位序列。

8、步骤5：对约束解缠相位序列进行斜向周期归位校正，得到真实道间相位差数据。

9、另一方面，还提供一种微动采集设备道间相位差的约束解缠装置，包括：数据输入单元、核心处理单元、人机交互单元与数据存储单元。

10、数据输入单元，用于导入两道同步采集的微动原始时间序列，将微动原始时间序列传输至核心处理单元。

11、核心处理单元包括：互谱相位提取与极性校正模块、约束区间适配模块、全局约束解缠模块、归位输出模块，依次完成上述微动采集设备道间相位差的约束解缠方法的步骤1至步骤5，输出最终真实道间相位差数据。

12、人机交互单元，用于配置道距、分析频段范围、周期归位量、约束区间上下限，实时展示原始折叠相位、解缠相位曲线、拟合斜率，支持操作人员调整参数并重新运算。

13、数据存储单元：用于保存原始相位数据、解缠中间结果、斜率参数、最终相位差曲线，支持按行业标准格式导出数据。

14、又一方面，还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一项的微动采集设备道间相位差的约束解缠方法的步骤。

15、上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

16、上述微动采集设备道间相位差的约束解缠方法、装置和设备，所述方法包括：对获取的两道同步采集的微动原始时间序列进行预处理，根据预处理结果计算互功率谱，并根据互功率谱提取折叠相位，得到原始折叠相位序列；采用经典逐点递推算法对原始折叠相位做初步解缠，得到初步解缠相位序列，根据初步解缠相位序列对原始折叠相位序列进行极性校正；基于工区地质先验构建基准斜率约束区间，根据目标采集设备的系统性相位偏移量做区间平移，生成适配目标设备的解缠约束区间；根据解缠约束区间，采用参考线周期匹配法进行全局约束解缠，输出连续且斜率合规的约束解缠相位序列；对约束解缠相位序列进行斜向周期归位校正，得到真实道间相位差数据。本方法通过“初步解缠判极性+全局斜率约束+周期联动归位”的三级处理机制，解决现有解缠算法极性判别不可靠、易跳周期、设备系统性偏移难以校正、频散曲线无法正确归位、工程适配性差的问题；在保障相位解缠稳定性与斜率估计精度的同时，输出可直接导入geogiga seismic pro处理软件的标准相位结果，兼容现有工程处理流程，适配批量数据自动化处理。

1.一种微动采集设备道间相位差的约束解缠方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的微动采集设备道间相位差的约束解缠方法，其特征在于，步骤1包括：

3.根据权利要求1所述的微动采集设备道间相位差的约束解缠方法，其特征在于，步骤2包括：

4.根据权利要求1所述的微动采集设备道间相位差的约束解缠方法，其特征在于，步骤3包括：

5.根据权利要求1所述的微动采集设备道间相位差的约束解缠方法，其特征在于，基于工区地质先验构建基准斜率约束区间，包括：

6.根据权利要求1所述的微动采集设备道间相位差的约束解缠方法，其特征在于，步骤4包括：

7.根据权利要求1所述的微动采集设备道间相位差的约束解缠方法，其特征在于，步骤5包括：

8.一种微动采集设备道间相位差的约束解缠装置，其特征在于，包括：数据输入单元、核心处理单元、人机交互单元与数据存储单元；

9.根据权利要求8所述的微动采集设备道间相位差的约束解缠装置，其特征在于，所述互谱相位提取与极性校正模块，还用于对获取的两道同步采集的微动原始时间序列分别依次进行去均值、去线性趋势、分段加窗处理，得到第一处理结果和第二处理结果，对第一处理结果和第二处理结果的第i分段时域数据分别进行快速傅里叶变换，得到第一频域序列和第二频域序列；在每个分段计算所述第一频域序列和所述第二频域序列的互功率谱，对所有分段的互功率谱做平均，得到平滑后的互功率谱；提取平滑后的互功率谱的辐角，得到折叠在区间内的原始折叠相位序列。

10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一项所述的微动采集设备道间相位差的约束解缠方法的步骤。