一种频率域组合波归一化表达方法以及装置、存储介质与流程

1.本发明涉及勘查技术领域，特别涉及一种频率域组合波归一化表达方法以及装置、存储介质。


背景技术：

2.目前方波发射在硬件上容易实现，且同样的峰峰值较正弦波具有更强的能量，因此绝大多数频率域勘探设备采用方波作为激励信号。
3.传统频率域勘探采用变频法，即一个一个频率发射的扫频方式，此时波形描述采用通俗易懂的波形频率来刻画，譬如1000hz。
4.目前广域电磁法主要采用伪随机7频波(一种频率较少的组合波)作为信号进行发射和接收，分为了12个频组，由于每个频组的信号中有7个主频信号(故而称之为7频波)，此时单一的频率已无法对信号进行良好的描述，故而采用命名的方式，将12个频组分别命名为0～11频组，譬如7频组，其主频为1、2、4、8、16、32、64hz。此时的命名与波形特征无任何关联。
5.随着对伪随机信号的进一步研究以及勘探的需求，推动了高阶伪随机信号(一种频率很多的组合波)的发展与应用，此时仅适用于单频信号的频率描述方式无法满足要求、固定的命名方式需要建立对应表，应用起来诸多不便，同时扩展性较差。


技术实现要素：

6.本发明提出一种频率域组合波归一化表达方法，目的在于解决现有技术中固定的命名方式对组合波应用不便、扩展性较差的技术问题。
7.为了实现上述目的，本发明提出一种频率域组合波归一化表达方法，所述频率域组合波归一化表达方法包括：
8.获取待勘探区域的深度范围；
9.根据所述待勘探区域的深度范围确定基频；
10.根据所述待勘探区域的目标规模确定频率密度；
11.根据基频以及所述频率密度确定组合信号；
12.根据组合波公式：
13.f＝{a1*f
base
*oct
(0:b1)
,a2*f
base
*oct
(0:b2)
,a3*f
base
*oct
(0:b3)
…
}确定所述组合信号对应的阶系数an、基频fbase、倍频程oct和倍频程系数bn；
14.通过所述组合波的参数an、fbase、oct和bn的参数矩阵，实现对所有组合信号的描述；
15.将描述后的所述组合波发送至所述待勘探区域。
16.可选地，所述根据公式：
17.f＝{a1*f
base
*oct
(0:b1)
,a2*f
base
*oct
(0:b2)
,a3*f
base
*oct
(0:b3)
…
}确定所述组合波的参数an、fbase、oct和bn的步骤包括：
18.对所述组合信号进行频谱分析以确定所述信号中的有用频率以及基频；
19.根据所述有用频率以及所述基频确定与所述有用频率数量对应的阶系数、倍频程系数以及倍频程；
20.根据所述阶系数、所述倍频程系数、所述基频以及所述倍频程确定组合波。
21.可选地，所述对所述组合波信号进行频谱分析以确定所述组合波信号中的有用频率以及基频的步骤包括：
22.对所述组合波信号进行频谱分析以得到频谱图；
23.当所述频谱图中的频率幅值大于预设阈值时，确定当前频率为有用频率；
24.所有所述有用频率中的最低频率为基频。
25.可选地，所述根据所述有用频率以及所述基频确定与所述有用频率数量对应的阶系数、倍频程系数以及倍频程的步骤包括：
26.将每一所述有用频率与所述基频进行取比值处理以得到多个频率系数；
27.对多个所述频率系数进行分组以获取阶系数；
28.根据每一所述频率系数确定公比；
29.将所述公比定义为倍频程；
30.确定分组后的每一组所述频率系数的个数；
31.根据每一组所述频率系数的个数确定倍频程系数。
32.可选地，所述对多个所述频率系数进行分组以获取阶系数的步骤包括：
33.对多个所述频率系数进行质因数分解以得到至少一个质因数；
34.根据所述质因数确定阶系数。
35.可选地，所述根据每一组的个数确定倍频程系数的步骤为：
36.将每一组所述频率系数的个数进行差值运算以得到所述倍频程系数。
37.为了实现上述目的，本发明还提出一种频率域组合波归一化表达装置，所述频率域组合波归一化表达方法包括：
38.参数获取模块，获取待勘探区域的深度范围；
39.计算模块，根据所述待勘探区域的深度范围确定基频；根据所述待勘探区域的目标规模确定频率密度；根据基频以及所述频率密度确定组合信号；
40.控制模块，根据组合波公式：
41.f＝{a1*f
base
*oct
(0:b1)
,a2*f
base
*oct
(0:b2)
,a3*f
base
*oct
(0:b3)
…
}确定所述组合信号对应的阶系数an、基频fbase、倍频程oct和倍频程系数bn以通过所述组合波的参数an、fbase、oct和bn的参数矩阵，实现对所有组合信号的描述；
42.发送模块，将描述后的所述组合波发送至所述待勘探区域。
43.为了实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上所述的频率域组合波归一化表达方法。
44.为了实现上述目的，本发明还提出一种频率域组合波归一化表达装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上所述的频率域组合波归一化表达方法的步骤。
45.本发明通过获取待勘探区域的深度范围；根据所述待勘探区域的深度范围确定基
频；根据所述待勘探区域的目标规模确定频率密度；根据基频以及所述频率密度确定组合信号；根据组合波公式f＝{a1*f
base
*oct
(0:b1)
,a2*f
base
*oct
(0:b2)
,a3*f
base
*oct
(0:b3)
…
}确定所述组合信号对应的阶系数an、基频fbase、倍频程oct和倍频程系数bn；通过所述组合波的参数an、fbase、oct和bn的参数矩阵，实现对所有组合信号的描述。通过重新建立一套频率组合描述方式，从而可以根据检测需要方便的调整组合波的表达形式描述，而无需采用固定的命名方式描述，解决了现有技术中固定的命名方式组合信号应用不便、扩展性较差的技术问题。
附图说明
46.下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
47.图1为一个实施例中频率域组合波归一化表达方法的流程示意图。
48.图2为一个实施例中频谱分析将时间-振幅的时域图转换为频率-振幅的频谱图的前后对比图。
49.图3为一个实施例中频率域组合波归一化表达方法的流程示意图。
50.图4为一个实施例中频率域组合波归一化表达方法的模块示意图。
具体实施方式
51.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
52.为了解决现有技术中固定的命名方式组合信号应用不便、扩展性较差的技术问题。本发明提出一种频率域组合波归一化表达方法。
53.需要说明的是，本发明所提及的频率域组合波归一化表达方法主要应用于详细勘探阶段，即根据此时的勘探数据可以生成带有深度以及范围分布的地质勘探图纸。
54.在一实施例中，如图1所示，所述频率域组合波归一化表达方法包括：
55.s1、获取待勘探区域的深度范围；
56.在进行勘探时，可以由用户输入需要勘探的深度范围，这里的深度范围可以是初步检测过后得到的需要进一步勘探的深度范围，也可以是直接确定的需要勘探的待勘探区域的深度范围。
57.s2、根据所述待勘探区域的深度范围确定基频；
58.其中，不同频率的勘探信号的勘探深度不同，因此，需要根据深度去确定基频。需要说明的是，此时的基频也可以依据其他方式进行确定。并不唯一。也可以由用户直接输入。
59.s3、根据所述待勘探区域的目标规模确定频率密度；
60.其中，所述待勘探区域的目标规模实际上是指代待勘探区域目标体纵向延伸大小，一般所需要待勘探区域目标体规模越小，对纵向分辨能力要求越高，其需要的频率密度越为密集，此时的频率密度是指用于测量的高阶伪随机信号的每一主频之间的频率间隔。
61.s4、根据基频以及所述频率密度确定组合信号；
62.此时，可以通过广域电磁法或者激电法去依据上述参数生成组合信号。此时的组
合信号可以是7频波，其在使用时，分别需要进行每一频组的命名，其主频可以包含多个频率，如1、2、4、8、16、32、64hz，无法实现统一化，频组越多，描述越为杂乱。此时的组合波信号也可以是高阶伪随机编码，如3阶39频波，其采用的随机编码也较为复杂。
63.s5、根据组合波公式：
64.f＝{a1*f
base
*oct
(0:b1)
,a2*f
base
*oct
(0:b2)
,a3*f
base
*oct
(0:b3)
…
}确定所述组合波对应的阶系数an、基频fbase、倍频程oct和倍频程系数bn；
65.s6、通过所述组合波的参数an、fbase、oct和bn的参数矩阵，实现对所有组合信号的描述；
66.由于现有的频组命名方式(如f7-0～f7-11分别代表从低频到高频的7频波的12个频组)已不能满足对工作频率组合的定义，同时不具有施工灵活性。因此。在本发明的实施例中，根据基频以及所述频率密度可以确定唯一的组合波，此时的组合波可以表达存在多个频率的高阶伪随机信号，而不用借由传统的7频波命名进行描述。从而可以以上述公式对不同的波形进行刻画，这种定义简单明了、便于发射仪器控制。
67.s7、将描述后的所述组合波发送至所述待勘探区域。
68.在上述实施例中，在采用组合信号进行勘探时，通过重新建立一套组合信号的频率组合描述方式，从而可以根据检测需要方便的调整组合波的表达形式描述，而无需采用固定的命名方式描述，解决了现有技术中固定的命名方式组合信号应用不便、扩展性较差的技术问题。
69.以下借由一实施例说明本方案的工作原理，现有的频组命名方式为f7-0～f7-11分别代表从低频到高频的7频波的12个频组，序列的伪随机驱动控制信号由传统的单频、3频、5频、7频和高阶29、39、51、81等组合波组成。譬如某勘探区广域电磁法勘探最低频率0.1hz即可满足对勘探深度的要求，而按照高、中、低的频组工作方式，目前中频组的最低频率为0.65hz，不能满足要求，但低频组的最低频率为0.0097hz，为了满足最低频率的要求，不得不选择低频组，不但观测时间长，且相同的观测时间内叠加次数少，难以较好的压制噪声。而在采用本技术的组合波后，根据勘探深度要求，确定好所需最低频率，将命名描述中例如7频波最低频段组或高阶伪随机波的基频设置为所需的最低频率，从而可以灵活实现所需频段信号的发射和接收，提高了施工效率，或在同等的施工时长下，由于频率密度按需确定，上述描述方式可以实现更多的叠加次数提高勘探数据质量。而在实际应用时，在勘探深度以及所述频率密度确定后，若此时依据广域电磁法或者激电法确定的组合波定为7频波最低频段组或高阶伪随机波时，则可以直接通过组合波公式进行表达以实现计算机层面的应用，从而实现传统的伪随机波、单频组合波以及高阶组合波的统一表达。
70.可选地，所述根据所述待勘探区域的深度范围确定基频的步骤包括：
71.获取勘探区域的背景电阻率以及勘探深度；
72.根据经验公式、所述背景电阻率以及所述勘探深度确定基频。
73.需要说明的是，根据经验公式、所述背景电阻率以及所述勘探深度确定的一般是最低频率，而实际在确定基频的时候会将基频设定的小于最低频率，从而进一步保证此时的勘探信号一定能检测到待勘探区域的深度范围。
74.可选地，所述根据经验公式、所述背景电阻率以及所述勘探深度确定基频的公式如下：
[0075][0076]
其中h为勘探深度，ρ为勘探区域的背景电阻率，f为勘探频率。
[0077]
频率域电磁测深勘探深度的经验公式如上所示，其中h为勘探深度，ρ为勘探区域的背景电阻率，f为勘探频率。通过收集勘探区域以往物探、地质或测井资料可了解背景电阻率ρ，根据所需勘探深度计算出所需的最低频率f，为确保勘探深度，最终应用于施工作业上设置较最低频率f略小的频率为fbase。
[0078]
可选地，公式f＝{a1*f
base
*oct
(0:b1)
,a2*f
base
*oct
(0:b2)
,a3*f
base
*oct
(0:b3)
…
}依照下列方法确定初始表现形式，在具体进行实践时，如广域电磁法勘探中常规7频波其中一个中频组主频为{1 2 4 8 16 32 64}，用于频率域激电的其中一种伪随机3频波主频为{1 4 16}，其频率集合为等比数列，故而采用定义倍频程oct与倍频程系数b的方式描述频率集合，即，上述例举的7频波的参数为oct＝2，b＝6；3频波的参数为oct＝4，b＝2；
[0079]
为满足不同勘探深度的需求，需要对频率范围进行调节，对oct
(0:b)
公式增加一个系数，即基频f
base
，则表达式为f
base
*oct
(0:b)
，譬如上述的7频波，将系数f
base
＝128，则频率组合为{128 256 512 1024 2048 8192}，更适合浅部勘探。
[0080]
组合波由多个不同阶数频率集合组成，使得一组波形中包含更多的频率，从而满足频率密度和频带宽度的需求。为定义不同阶数的伪随机组合波、单频组合波以及高阶组合波，引入阶系数a，同时由于各阶频程系数存在不一致情况，则将f
base
*oct
(0:b)
改写为f
base
*oct
(0:bn)
，最终将各阶频率组合形成集合得到：
[0081]
f＝{a1*f
base
*oct
(0:b1)
,a2*f
base
*oct
(0:b2)
,a3*f
base
*oct
(0:b3)
…
}。
[0082]
f代表主频的频率组合，an表示阶系数，bn表示倍频程系数，fbase表示基频，oct表示倍频程，例如传统的7频波的7频组，在本技术中，可以是由参数a1＝1,fbase＝1,b1＝6，oct＝2所确定的，其主频为{1 2 4 8 16 32 64}，在进行传输时，可以仅传输相关a1＝1,fbase＝1,b1＝6，oct＝2参数，然后依照f的确定规则，则能解译出相关参数；再如由参数a＝[1 3 5],b＝[9 8 7],oct＝2的27频波，其主频为{8 16 24 32 40 48 64 80 96 128 160 192 256 320 384 512 640 768 1024 1280 1536 2048 2560 3072 4096 5120 6144}。
[0083]
其中，根据背景电阻率以及经验公式可以推算出最低频率，a和b的组合是为了定义频率密度的，这两个决定了勘探的纵向分辨能力，oct参数目前主要采用2或者4，主要为了兼容激电和电磁法。a1与fbase的乘积等于最低频率即可。
[0084]
可选地，参照图3所示，所述根据公式f＝{a1*f
base
*oct
(0:b1)
,a2*f
base
*oct
(0:b2)
,a3*f
base
*oct
(0:b3)
…
}确定所述组合波的参数an、fbase、oct和bn的步骤包括：
[0085]
s51、对所述组合信号进行频谱分析以确定所述组合信号中的有用频率以及基频；
[0086]
此时的频谱分析可以借助软件和工具实现。
[0087]
s52、根据所述有用频率以及所述基频确定与所述有用频率数量对应的阶系数、倍频程系数以及倍频程；
[0088]
s53、根据所述阶系数、所述倍频程系数、所述基频以及所述倍频程确定组合波。
[0089]
其中，上述发明可以通过重新建立一套频率组合方式，从而可以根据检测需要方便的调整组合波的表达形式，可以完美描述各种形式的组合波以及单频率，能高度适配于
各种应用场合，而无需进行每个检测信号的频率描述，避免用户忘记各种频组名称以及表现形式，直接以组合波的形式进行表达，方便用户的直接使用。解决了现有技术中单频信号的频率描述方式无法满足要求、固定的命名方式需要建立对应表的技术问题。
[0090]
可选地，所述对所述组合波信号进行频谱分析以确定所述组合波信号中的有用频率以及基频的步骤包括：
[0091]
对所述组合波信号进行频谱分析以得到频谱图；
[0092]
以原始信号为高阶伪随机编码信号为例，参考图2所示，频谱分析将时间-振幅的时域图，转换为频率-振幅的频谱图。
[0093]
当所述频谱图中的频率幅值大于预设阈值时，确定当前频率为有用频率；
[0094]
此时的预设阈值可以设定为任意频率幅值，根据实际需要进行设置，而基于图2。可以将此时的预设阈值设置为0.12，从而可以筛选出如下表1中的有用频率：
[0095]
3072256020481536128010247686405123843202561921601289680644840322420161210865432.521.51.2510.750.50.25
[0096]
表1
[0097]
所述有用频率中的最低频率为基频。
[0098]
因此，基于上述表格，最低频率为0.25，也即基频fbase＝0.25。
[0099]
可选地，所述根据所述有用频率以及所述基频确定与所述有用频率数量对应的阶系数、倍频程系数以及倍频程的步骤包括：
[0100]
将每一所述有用频率与所述基频进行取比值处理以得到多个频率系数；
[0101]
有用频率/基频＝频率系数，以上述表1中的数据为例，有用频率均除以0.25，得到表2如下：
[0102][0103][0104]
表2
[0105]
对多个所述频率系数进行分组以获取阶系数；
[0106]
此时的分组可以根据实际情况进行选择，在本实施例中，为了全面的对组合波进行描述，一般通过质因数分解规则进行分解；根据每一所述频率系数确定公比；
[0107]
确定分组后的每一组所述频率系数的个数；
[0108]
根据每一组所述频率系数的个数确定倍频程系数。
[0109]
通过上述过程可以确定组合波表现形式的多个参数，具有唯一性以及简单的特点，使得最后确定的组合波能完全描述初始的组合波信号，而不用采用复杂的中文命名，极大的方便了组合波的使用。
[0110]
可选地，所述对多个所述频率系数进行分组以获取阶系数的步骤包括：
[0111]
对多个所述频率系数进行质因数分解以得到至少一个质因数；
[0112]
对所有的频率系数进行质因数分解，获得质因数组合[5 3 2]，
[0113]
根据所述质因数确定阶系数。
[0114]
将能被5整除的频率系数提取出[10240 5120 2560 1280 640 320 160 80 40 20 10 5]，将余下频率系数能被3整除的提取出[12288 6144 3072 1536 768 384 192 96 48 24 12 6 3]，除1以外所有剩余的频率系数则均能被2整除，为[8192 4096 2048 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2]，阶系数a1＝5,阶系数a2＝3,阶系数a3＝2。
[0115]
依据上述分组，频率系数组的公比为2，因此，可以将所述公比定义为倍频程；即oct＝2。
[0116]
可选地，所述根据每一组的个数确定倍频程系数的步骤为：
[0117]
将每一组所述频率系数的个数进行差值运算以得到所述倍频程系数。
[0118]
基于上述表2中的数据，获取每组频率的个数减去差值1即为b，此时b1＝11,b2＝12,b3＝12。当然差值可以根据需要进行选择。
[0119]
根据上述参数代入组合波公式进行复原：
[0120]
f＝{a1*f
base
*oct
(0:b1)
,a2*f
base
*oct
(0:b2)
,a3*f
base
*oct
(0:b3)
…
}
[0121]
f＝{5*0.25*2
(0:11)
,3*0.25*2
(0:12)
,2*0.25*2
(0:12)
}，变形得：
[0122]
f＝{5*0.25*2
(0:11)
,3*0.25*2
(0:12)
,1*0.25*2
(1:13)
}
[0123]
当基频频率系数为1时，可将其归入1*0.25*2
(0:12)
频组内，得
[0124]
f＝{5*0.25*2
(0:11)
,3*0.25*2
(0:12)
,1*0.25*2
(0:13)
}
[0125]
因此，通过上述复原可以发现，本技术提出的组合波公式可以完美描述各种形式的组合波以及单频率，能高度适配于各种应用场合，避免用户忘记各种频组名称以及表现形式，直接以组合波的形式进行表达，方便用户的直接使用。
[0126]
可选地，所述组合波公式为：
[0127]
f＝{a1*f
base
*oct
(0:b1)
,a2*f
base
*oct
(0:b2)
,a3*f
base
*oct
(0:b3)
…
}
[0128]
其中，f代表主频的频率组合，an表示阶系数，bn表示倍频程系数，f
base
表示基频，oct表示倍频程。
[0129]
为了解决上述问题，参考图4所示，本发明还提出一种频率域组合波归一化表达装置，所述频率域组合波归一化表达装置包括：
[0130]
参数获取模块10，获取待勘探区域的深度范围；
[0131]
计算模块20，根据所述待勘探区域的深度范围确定基频；根据所述待勘探区域的目标规模确定频率密度；根据基频以及所述频率密度确定组合信号；
[0132]
控制模块30，根据组合波公式f＝{a1*f
base
*oct
(0:b1)
,a2*f
base
*oct
(0:b2)
,a3*f
base
*oct
(0:b3)
…
}确定所述组合信号对应的阶系数an、基频fbase、倍频程oct和倍频程系数bn以通过所述组合波的参数an、fbase、oct和bn的参数矩阵，实现对所有组合信号的描述；
[0133]
发送模块40，将描述后的所述组合波发送至所述待勘探区域。
[0134]
在上述实施例中，在采用组合信号进行勘探时，通过重新建立一套信号组合描述方式，从而可以根据检测需要方便的调整组合波的表达形式描述，而无需采用固定的命名方式描述，解决了现有技术中固定的命名方式信号应用不便、扩展性较差的技术问题。
[0135]
为了解决上述问题，本发明还提出一种存储介质，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上所述的频率域组合波归一化表达方法。
[0136]
需要说明的是，由于本技术的存储介质包含上述频率域组合波归一化表达方法的
所有步骤，因此，存储介质也可以实现频率域组合波归一化表达方法的所有方案，并具有同样的有益效果，在此不再赘述。
[0137]
执行上述方法实施例中的一种频率域组合波归一化表达方法。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存15储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机20制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质
[0138]
为了解决上述问题，本发明还提出一种频率域组合波归一化表达装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上所述的频率域组合波归一化表达方法的步骤。
[0139]
需要说明的是，由于本技术的频率域组合波归一化表达装置包含上述频率域组合波归一化表达方法的所有步骤，因此，频率域组合波归一化表达装置也可以实现频率域组合波归一化表达方法的所有方案，并具有同样的有益效果，在此不再赘述。
[0140]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。