[发明专利]矢量信号处理方法及采用该方法的矢量信号处理系统

说明书

技术领域

本发明涉及数字信号处理技术的一种计算机程序相关的方法和系统。具体地说，本发明涉及一种矢量信号处理方法及采用该方法的矢量信号处理系统。本发明还涉及提供一种用于实现该技术的计算机程序。

背景技术

在大量实际技术问题中都涉及到矢量信号的分析。如在电信技术中通过对经信道传输的信号的矢量分析来确定信道行为；在地球科学研究和地震勘探中通过对地震波矢量信号分析来确定地球内部构造、预告地震活动或活确定油气资源和其它矿产资源的分布；对矢量雷达数据的分析和利用；以及在生物医学研究和治疗中通过对生物信号波的矢量分析来确定诊测对象的性质和变化。

在现有矢量信号的分析处理技术中，或者基于对矢量信号的正交性假设，将矢量信号按正交变换分解为标量信号来处理，或者将矢量信号的某一分量直接作为标量信号来处理。在本质上，上述的这种将矢量信号按正交变换分解为标量信号来处理以及将矢量信号的某一分量直接作为标量信号来处理方法只是对矢量信号的一种近似处理技术，其处理结果的误差将随着矢量信号偏离正交的程度的增加而增加。事实上，这种对矢量信号的正交性的假设前提既是不严格的，也是不符合实际情况的，它往往直接或潜含着如下假设，即信号的传播介质其物理、力学性质必须具有均匀、各向同性、完全弹性等特性。同时，这种对矢量信号的正交性的假设还隐含着对信号源的单一性假定。例如中国专利公开CN1422407就公开了这种假设下的一种矢量信号处理方法。该文件在此引用作为参考。

在信号处理的实际应用领域中，这些假设的特性显然大大地偏离真实情况中的介质特性，至少是实际的情况并不能得到很好地满足这些假设的条件。比如非限制性地以地震信号的处理为例，在地震信号处理问题中应用矢量信号的分析处理时，由于真实地球介质的非均匀性、各向异性、高速、低速界面、倾斜和弯曲界面的广泛存在，一方面使不同偏振类型或偏振方向的地震体波矢量信号，如纵波与横波或不同横波之间出现显著的非正交偏振；另一方面使不同传播路径但同时到达观测点的地震偏振体波矢量信号，如某些震中距的直达波、反射波、转换波、折射波等构成的广泛的非正交关系。同样，非正交关系在只存有单一纵波的声纳信号中也普遍存在。主动声纳从真实目标和非真实目标同时反射，如果两者与声纳源的距离相当而反射路径和方向不同，以及海水可能存在的各向异性和非均匀性都会构成非正交矢量信号。又如实际中存在的电磁波信号也是如此，空间中大量的电磁信号来自不同方向，其偏振构成非正交，当信号的载波频率相同时，信号之间的干扰无法通过正交分离加以排除。由此可见，非正交性广泛存在于矢量信号之间，是矢量信号最普遍的特征。矢量信号的非正交关系增加了信号的复杂性，降低了信号的信噪比。现有的正交信号处理技术对于非正交矢量信号难以发挥有效的作用，特别是需要从矢量信号中解析出那些弱能量的信号一直是信号处理的难题。

地震波中广泛存在着非正交矢量信号。在对于这样一个典型领域的非正交矢量信号的研究中，我国和国际上已经获得了一些成果，例如：

Li，X.Y and Crampin，S.(1993.Linear transform techniques foranalysing split shear-waves in four-component seismic data，Geophysics，58，240-256)，对出现在地震波中的非正交矢量信号物理成因和几何因素做出了研究分析并给出了不同情况下的矢量信号分离设想和方法；指出了非正交在各向异性介质中的普遍存在，并在对矢量信号作一些限定之后给出了平面矢量信号分离的数学表达式；

Li，X.Y.，MacBeth，C.and Crampin，S.(1998.Interpretingnon-orthogonal split shear-waves for seismic anisotropy inmulticomponent VSPs，Geophys.Prospec.，46，1-27)。