广义屏波场模拟和成像的网格离散方案研究

设计合适的空间离散网格是频率域地震波模拟和成像的关键步骤之一.以基于Padé近似的广义屏算子为例,根据照明分析、波场模拟和偏移结果考察了时间步长、道间距和空间网格间距之间的关系.数值试算表明,该频率域算子存在稳定性条件,计算网格须满足此条件,否则偏移结果会存在不可预知的噪音甚至假像.此外,当处理稀疏空间采样的地震数据时,常规的道间插值或使用较细的计算网格均不能明显改善偏移成像效果.因此,偏移时合理的做法是在检点之间的网格点上赋零值地震道.这为其他频率域算法的计算网格设计提供了重要参考.     

小波变换在面波插值中的应用

利用瑞雷面波的频散信息可有效反演浅层横波速度结构.但在大时空采样地震记录中,由于瑞雷面波的速度很低,其记录中的高频成分容易出现严重假频,甚至出现超周期现象,这会降低其频率速度谱的信噪比,影响频散曲线的提取精度,在高频段更加如此.基于小波变换原理,实现对瑞雷面波的时空插值;根据瑞雷面波同相轴线性的特点,将线性动校正引入到插值中,改善高频信息的插值效果;进行理论模型数据和实际记录的试算与频率速度谱的提取以及插值前后频率速度谱的对比分析.研究结果表明:基于小波变换原理的插值方法是正确的;该方法可以有效提高频率速度谱的信噪比和频散曲线的提取精度,为大时空采样地震记录瑞雷面波频散曲线的提取提供理论基础.     

基于快速匹配追踪的混合域地震稀疏反演方法

匹配追踪稀疏地震反演是基于模型参数L0范数稀疏性度量的高分辨率反射系数反演方法。针对经典匹配追踪反演策略抗噪能力强但计算效率低的问题,通过控制多原子迭代次数和迭代阈值搜索模型最优解,提出基于快速匹配追踪算法的混合域地震稀疏反演方法。首先,在相对纵波阻抗低频模型约束下,构建混合域褶积模型正演算子和正则化方程,低频背景的引入将有效缩小模型参数的搜索空间;然后,在多原子快速匹配追踪反演框架推导混合域稀疏反演目标泛函,提高地层反射系数的恢复效率和收敛精度;最后,利用数据测试及实际地震资料对该方法的预测精度和可靠性进行试验分析,该方法相比常规时间域反演有助于选择高信噪比的频率分量提高算法的抗噪能力,而且在改善反演分辨率的同时避免了匹配追踪算法存在的计算效率低和局部极值的问题。     

二维CZT的稀疏阵列MIMO雷达快速极坐标格式成像算法

由于极坐标格式算法(PFA)存在运算量大,且聚焦性能受插值精度影响等缺点。为解决该问题,提出一种基于二维Chirp-Z Translation(CZT)的稀疏阵列MIMO雷达快速成像算法,引入压缩感知原理,采用CZT变换代替插值运算,借助合适变换参数的选择,一步实现插值-重采样的处理过程。仿真验证表明,随着成像尺寸的变化,所提算法与经典PFA算法运算量的比值在0.22~0.4之间,有效地降低了运算量,同时保持了较低的图像熵,提高了聚焦性能。     

毫米波综合孔径辐射计的压缩感知成像方法研究

毫米波综合孔径成像辐射计(Synthetic Aperture Imaging Radiometer,SAIR)是一种适用于近场成像的高分辨率、高灵敏度传感器,但因其接收机数量大、系统复杂度高,限制了SAIR在实际场景中的应用.用少量阵元天线获取的稀疏可见度函数进行高精度成像反演是目前SAIR成像研究的热点之一.为从少量的可见度采样点中重构出具有较高精度的毫米波图像,借鉴压缩感知(Compressed Sensing,CS)的稀疏重构思想,提出一种基于二维SAIR成像模型的CS-L0成像反演算法.该算法借助SL0算法思想对二维综合孔径反演模型进行快速的l_0范数求解,可从少量可见度采样点中快速精确地重构出目标场景的亮温图像.实验仿真表明,与结合传统成像模型的一般CS反演法相比,提出的CS-L0反演法具有更高的成像精度和反演速度,能够对稀疏采样的SAIR进行快速准确的成像反演.     

稀疏微波成像信号处理方法研究

主要围绕该研究关键科学问题"稀疏微波成像非模糊重建"展开研究,结合稀疏微波成像体制,研究多维度稀疏信号特征信息挖掘方法,提出稀疏微波成像距离多普勒二维解耦成像重建算子,建立稀疏微波成像重构算法,实现微波成像大数据量的快速求解。主要研究内容包括:基于稀疏优化的空时频域先验信息挖掘方法、稀疏微波成像非模糊重建理论和方法、非理想运动平台稀疏微波成像处理和稀疏微波成像快速算法研究。主要工作进展包括:(1)基于目标在空间的稀疏表征,揭示观测对象在空间维度的先验信息调制机理,实现短孔径下的方位高分辨成像。(2)进行了稀疏步进频率雷达成像体制设计和高分辨成像算法研究,有效降低步进频率雷达的回波数据量和外界干扰的概率。(3)基于稀疏孔径数据,揭示观测对象在方位时间维度的先验信息调制机理,展开了方位孔径稀疏采样的雷达体制设计和高分辨成像算法研究。(4)提出了一种基于稀疏表征的自聚焦算法,研究了存在运动误差下的稀疏微波成像非模糊重建算法,完善了可嵌入运动补偿的稀疏微波成像处理框架。(5)展开了宽幅海洋多舰船目标高分辨成像的体制设计和算法研究,提出了一种单天线体制下的Fast-Scan SAR海洋多舰船成像算法,并完善了稀疏微波成像非模糊重建理论框架和方法体系。(6)展开了稀疏采样体制下的运动目标检测和成像算法研究。通过方位稀疏采样方式优化设计,基于运动目标先验信息挖掘技术研究,利用稀疏信号处理算法实现运动目标的高分辨非模糊重建。     

电力系统中谐波分析的高精度FFT算法

在非同步采样情况下快速傅立叶变化存在较大的误差,特别是相位的误差,无法直接用于电力系统谐波分析.为了减小非同步采样对快速傅立叶变换的影响,提高电力系统中的谐波分析精度,文中通过加窗和插值对原算法进行了改进.仿真结果表明,改进后的算法在非同步采样时,分析精度有显著提高.     

Gauss整环上二维AFT算法减少采样点的讨论

Mobius反演公式可以用于计算傅立叶系数 ,这种算法称为算术傅立叶变换 (AFT)。利用数学上的梳状δ函数可以解决二维 AFT的计算问题。 AFT有复数乘法很少的优势 ,但这种算法也有着采样点过多的缺陷。本文提出了一种方法 ,有效地减少了二维 AFT采样点数量。     

地震数据规则化重构方法策略

地震数据规则化重构是地震资料处理十分重要的基础性工作。首先分析地震数据在频率波数域的表现特征,研究发现规则或非规则采样不足均会造成频谱能量在波数域发散,从频谱分析角度阐述规则化重构的重要性;然后根据地震数据的类型对现有的各种规则化重构方法进行分类,依据其实现原理分析各种方法的优缺点及适用条件,总结不同条件下规则化重构方法的选择策略;最后根据总结策略对重构方法进行模型测试。结果表明,地震数据重构的重点为抗假频重建,当规则采样不足时可以采用基于预测误差滤波理论、各种数学变换及其与稀疏反演组合的重构方法,当非规则采样不足时采用基于各种数学变换、矩阵降秩理论和预测滤波理论以及三者分别与稀疏反演或压缩感知理论相结合的方法,不同方法对比效果进一步验证了总结的规则化重构选择策略的正确性和可行性。     

一种线性探地雷达目标重建算法

为了利用探地雷达快速检测、定位甚至识别地下目标物体,本文在衍射层析成像的基础上,给出了一种线性探地雷达目标重建算法.该算法考虑了空气-土壤两层背景媒质的实际情况,利用一阶Born近似及并矢格林函数建立线性正演模型,基于傅立叶变换技术导出反演计算目标电性参数的解析公式.文中的傅立叶变换及逆傅立叶变换都由快速傅立叶变换(FFT)算法完成,计算量小,计算速度快,从而能对地下隐蔽目标进行快速实时重建.数值模拟实验表明,当背景媒质无损或近似无损时,该算法能对弱散射目标物体的位置、形状及介电常数进行快速且较准确的重建;当背景媒质有损时,能对弱散射目标物体的位置及形状进行快速且较准确的重建;同时,还能对有损或无损媒质中的强散射目标物体进行快速检测.     

基于压缩感知和稀疏表示的数据重建与去噪算法研究

传统的数据重建算法受奈奎斯特采样定理限制,采样率要求较高不能灵活等适应实际环境。本文基于压缩感知和稀疏表示理论,提出一种采样点少且流形结构简单的图像重建算法,以少量的采样数据实现从低分辨率观测中恢复高分辨率图像。算法首先通过原始数据特征设计出稀疏表示矩阵;其次,根据表示数据和观测数据的不相关性找出与稀疏表示矩阵对应的最优感知矩阵;最后,通过稀疏求解实现数据的重建与去噪。实验表明,该算法在同等条件下能够避免大量冗余数据的计算,提高数据重建的稳定性和有效性。     

基于GPS和车辙的三维路面重构

提出了一种基于地理定位系统(GPS)和横断面车辙数据的路面三维重构模型.针对GPS和车辙的采样间隔不同,首先采用Cardinal插值算法对非等间距的离散GPS点插值,并按间距需求选取等间距的插值点,然后将序列化后的GPS插值数据与车辙数据融合,构造出在三维空间中用于绘制三角形网格的顶点矩阵,最后实现了三维重构路面的绘制.实验表明用该方法重构的三维路面在路面车辙、坑槽及拥包的检测方面有很好的应用价值.     

锦州27区多井约束地震反演及储层预测

锦州27区属于复杂断块区,地质建模比较困难,依赖于初始模型的常规反演方法难以获得精确的反演结果。利用约束稀疏脉冲反演技术提取井旁地震道的子波,形成了合成记录,对层位进行标定以及波阻抗反演,得到了绝对波阻抗剖面;并把绝对波阻抗剖面转换成砂泥岩剖面,其反演结果与井的钻探结果基本吻合;沿目的层顶面（T₃^u1）向下提取不同时间的平均波阻抗值和最大波阻抗值,并由此圈定出砂体发育带,进行储层预测。结果表明：在复杂断块地区采用约束稀疏脉冲反演技术,较之其它储层预测技术可以相对准确地预测储层岩性及展布规律,对油田的进一步勘探开发具有一定指导意义。     

等间距地震道插值的傅里叶重建法

地震采集过程中经常会碰到的大空间采样、坏道和数据分布不规则等问题,影响了地震处理及成像效果.针对上述问题,提出了一种改进插值方法,即扩大原来的空间距离长度,使空间波数采样变密,然后根据似二维F-K频谱图里取中间某一范围的频谱值,就可以去掉噪声和假频,振幅也可得到很好加强.理论和实际地震数据测试结果验证了修改后的方法插值效果好.     

紧致麦克风阵列压缩采样与DOA估计方法

针对紧致麦克风阵采样信号大量冗余的问题,提出了一种ΣΔAD压缩采样方法.该方法将软硬件相结合,在ΣΔAD转换器内部进行压缩采样.压缩采样中采用自适应过程,去除信号中的冗余分量,并将压缩后的信号进行稀疏编码.仿真结果表明,使用该方法对紧致麦克风阵接收信号进行压缩编码时,通过选取合适的稀疏化阈值,可使源数据的压缩比达到10%~30%.压缩采样后的信号可以用于DOA估计等应用.针对八元紧致麦克风圆阵和DSP实时系统的DOA估计实验结果表明:这种DOA估计方法在阵元间距低至2 cm时仍能正常工作;当阵列尺寸减小时,相比经典MUSIC算法和PHAT-GCC算法,该方法定位精度更高,噪声鲁棒性更强.     

改进的井间地震资料波阻抗反演方法

基于井间地震资料与地面地震资料之间的相似性确立了井间地震资料的反射特征,完善了井问地震资料的反演方法及流程.重点解决了反演过程中的两个关键问题采用sinc函数插值方法进行重采样确保了井间地震剖面深时转换中的波形保真;精细调整井的时深关系使得井间地震与地面地震资料反射特征达到相互匹配,确保了反演结果的合理性.应用实例结果表明,通过本方法得到的井间地震反演结果精度较高,与测井解释结果对应较好,砂体展布清晰,有效地反映了两口井在横向上的联系与差异,提高了井间储层描述精度.     

改进的井间地震资料波阻抗反演方法

基于井间地震资料与地面地震资料之间的相似性确立了井间地震资料的反射特征,完善了井问地震资料的反演方法及流程.重点解决了反演过程中的两个关键问题:采用sinc函数插值方法进行重采样确保了井间地震剖面深时转换中的波形保真;精细调整井的时深关系使得井间地震与地面地震资料反射特征达到相互匹配,确保了反演结果的合理性.应用实例结果表明,通过本方法得到的井间地震反演结果精度较高,与测井解释结果对应较好,砂体展布清晰,有效地反映了两口井在横向上的联系与差异,提高了井间储层描述精度.     

基于分形插值的地貌生成技术

为了在自然地表的三维重建过程中获得满意的效果 ,在分形原理的基础上提出一种基于地表分形特征的三维数据分段双线性插值算法 .首先通过线性回归得到原始稀疏三维地表数据的分形统计特性 ,再以此特性为基础采用双线性插值的思想来构造更为稠密的自然地貌 .本算法的独特之处是能够处理非均匀采样条件下的三维稀疏数据 ,同时得到逼真的插值结果 .实验结果证实了本算法的有效性和实用性     

基于基追踪分解算法的薄层波阻抗反演

为提高波阻抗反演的分辨率,将基追踪反演(basis pursuit inversion,BPI)方法用于地震阻抗反演。该反演方法将地层的顶、底反射系数视为一个奇对称脉冲对和一个偶对称脉冲对的线性组合。反演过程中将地震信号通过基追踪算法投影到子波与上述两类脉冲褶积形成的楔形模型库上,通过该投影值可求得每道的相对反射系数。得到相对反射系数剖面后,进行道积分即可得到相对波阻抗剖面。相比于传统的稀疏脉冲反演(sparse spike inversion,SSI),BPI结果不受初始模型的影响,可显著提高波阻抗反演对薄层的分辨能力。对合成信号的试算表明,BPI结果比SSI结果更好地识别了薄层信息。对珠江口盆地碳酸盐岩储层的实际地震数据的反演表明,BPI结果上的很多细节信息在传统SSI结果上无法看到。因此,BPI更适用于薄层波阻抗的反演。     

基于叠前波场模拟的合成地震记录层位标定

常规合成地震记录层位标定方法没有考虑多次波和转换波以及处理过程对层位标定的影响.为减小合成地震记录与井旁地震道在波场特征上的差异,提高合成地震记录层位标定的精度,提出基于叠前波场模拟的合成地震记录层位标定方法:首先,利用常规方法进行测井曲线编辑和地震子波提取;第二,利用反射率法模拟井旁共反射点道集;第三,对模拟的共反射点道集进行正常时差校正和叠加;最后,以叠加道作为合成地震记录对地震反射进行层位标定.试验结果表明,此方法改善了合成地震记录与井旁地震道之间在地震反射上的一致性,提高了层位标定的可靠性.