[发明专利]基于K-L分解的可控震源信号相位检测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种可控震源激发信号的相位检测方法，尤其适用于随机噪声较强条件下的可控震源相位检测方法，该检测方法可用于可控震源反馈控制及可控震源质量控制过程的相位检测环节。

背景技术：

K-L分解是指利用K-L正交变换方法对含有强随机噪声的可控震源激发信号进行正交分解，含有噪声的可控震源信号经K-L分解后，有用信号反映在在最大正交分量上，噪声分布在其他正交分量，从而实现信号与随机噪声的有效分离。因为正交变换是线性变换，所以基于K-L分解的可控震源相位检测方法，在去除可控震源激发信号随机噪声的同时，又不改变原有信号相位特性，可以作为一种有效的可控震源激发信号相位检测方法。

可控震源地震勘探中，由于可控震源系统的非线性以及可控震源基板与大地耦合的非线性，可控震源实际激发信号相对于控制信号存在较大的相位畸变，这里相位畸变是指相位随频率呈非线性变化。可控震源相位畸变不但会降低信号检测的分辨率，甚至会影响检测结果的准确性及可靠性。因此，在可控震源质量监控及反馈控制过程中进行准确的相位检测具有重要意义。

现有的相位检测采用过零检测方，强随机噪声条件下，受过零点随机噪声及高频谐波的影响，采用过零检测方法经常会发生零点跳变异常，严重影响了可控震源激发信号相位检测的可靠性。而可控震源在野外施工过程中，其实际激发信号中含有很强的随机噪声，因此要实现有效的可控震源信号相位检测，必须在检测方法中引入随机噪声压制方法。

常用的可控震源随机噪声压制方法主要有两类，一类是频率域滤波方法；另一类是自适应滤波方法。频率域滤波方法是针对有用信号频带的确定性和随机噪声频率的非确定性差异，滤除信号通带外不需要的频率成分，从而达到去除部分噪声提高数据信噪比的目的。这种方法存在的问题是难于滤除与信号同频带的噪声，且滤波器的固有频率特性会引起可控震源控制信号相位的非线性变化，导致相位检测精度不可靠。法国Sercel公司在其研制的可控震源数字电控箱体中采用了一种自适应滤波方法——卡尔曼自适应滤波方法，自适应滤波方法的特点是能够根据环境变化，实时调整滤波器的参数和结构来实现噪声压制，但是自适应算法需要建立在一定数学模型基础上，因此该方法对模型依赖性较强，难以适应随机噪声复杂多变的条件。可见，上述两类方法都不适于强随机噪声条件下的可控震源信号的相位检测。

发明内容：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，利用随机噪声具有随机分布特性而可控震源信号具有确定特性这一信噪差异，提供一种基于K-L分解的可控震源相位检测方法，解决强噪声条件下可控震源信号的相位检测难题。

基于K-L分解的可控震源信号相位检测方法，其特征在于，包括下列步骤：

a、采集可控震源激发信号x(n)(n=0,1,L,N-1)，x(n)为一行向量，代表序列长度为N的离散信号，N与采集系统的采样率f_s、可控震源控制信号的最低工作频率f_min有关，满足公式：

N=αf_s/f_min  （1）

其中α为大于或等于1的有理数；

b、对采样序列x(n)分别向右平移i(i=0,1,L,M-1)个采样间隔，并在其前后补零，得M行，(M＋N-1)列的矩阵X，如公式：