可控震源和相关器原理

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1、可控震源和相关器原理目录可控震源系统（VIBROSEIS)的基本概念可控震源系统的理论MATLAB仿真和现场试验实例进一步的课题震动器概论噪声编辑叠加附录可控震源系统（VIBROSEIS)的基本概念应用于可控震源工作的信号地震勘探应用的震源可以分为两类；一种是持续时间很短的高功率信号；如爆炸和冲击震源；另一种是低功率持续时间较长的信号：例如VIBROSEIS系统应用的可控震源。可控震源具有的重要特征是震源的有限带宽。顺便说，可控震源仅仅产生那些我们实际需要的频率成分反之应用脉冲型震源，如由爆炸产生的某些频率成分在采集过程中可

2、能成为无用的干扰。由下图可见；应用炸药的爆炸震源时域响应可以Dirac脉冲表示，为很短时间发生的高功率信号，振幅谱具有很宽的频率范围；同样的是，带宽限制的信号有平坦振幅谱，但是只有有限的频带（例如10～60Hz）。应用于可控震源工作的信号可控震源系统的构成概括来说可控震源系统由3个部分构成：扫描信号发生器；发送扫描信号入地的震动器；相关器将长扫描信号压缩为短的反射脉冲；T为直接和反射脉冲间的传播时间直接脉冲=等于零时间脉冲；相当于爆炸震源中的时断信号。实际上，我们应当面对多个反射体，当反射时间小于扫描长度时，检波器接收的是重

3、叠的多个扫描信号。可控震源系统的构成可控震源系统的构成噪声对可控震源记录的影响如前所述，信号的振幅由于应用相关器而增加，压缩扫描信号为脉冲。事实上，相关器只是系统有不同的延迟，无法改变任何通过它的噪声总体水平。然而，相关器是很有用的设备，对于提高信号的峰值振幅和噪声平均水平之比是有益的。如果需要增加信号的峰值振幅，可以增加扫描信号的长度或者增加震源车的数量。为了改善性能，数据采集系统必须包括矩形带通滤波器，除相关器之外，用于消除那些不属于震源频谱通带确定的频率。噪声对可控震源记录的影响可控震源系统能够恢复隐藏在噪声内的反射信

4、号相关CORRELATION扫描信号发生器应用数字扫描信号发生器，最终的信号可以叫做参考扫描信号，可选择的参数有：起始频率、终止频率和扫描长度其典型值如下：起始频率f1：4～20Hz；终止频率f2：40～100Hz：扫描长度T：8～20S；；线性扫描信号X(n)的波形；f1=5Hz;f2=40Hz;fs=2000Hz;扫描长度=2秒；总样点数=4096；相关CORRELATION线性扫描信号X(n)的自相关函数波形线性扫描信号X(n)的自相关函数波形采样点3072～5120线性扫描信号的自相关函数相关CORRELATION扫

5、描信号幅度为常数，频率通常随时间增加而线性增加；当前新型震动器的电子设备，包含很大的数字扫描信号库，操作员可以很容易选择任意形式的扫描信号，而且也不限于线性扫描信号。扫描信号的起始和终止要求为锥形，除了避免引起Gibbs现象外，震源车系统的惯性也不能响应信号的突变相关器相关器的功能是处理发送信号和接收信号的互相关。相关的基本操作是评估两个波形之间的相似程度，例如函数x(t)和y(t)之间的互相关函数的时域表达式为：τ为x(t)和y(t)之间的延迟相关CORRELATION左图为两个离散序列x(k),y(k)互相关的例子x(k

6、)固定y(k)向右滑动;R0=y0x0+y1x1+y2x2R1=y0x1+y1x2+y2x3R2=y0x2+y1x3+y2x4相关CORRELATIONx(k)=检波器接收信号，相当于采集长度。y(k)=发送参考扫描信号，相当于扫描长度。R(k)=x(k)和y(k)的相关信号，相当于记录长度等于x(k)-y(k)+1个采样如上图所示，在相关处理过程，检波器信号和参考扫描信号之间的相关结果，每次移动一个采样点计算一次，一直移动到等于记录长度而终止，我们通常把记录长度比作听时间。X(k)y(k)相关CORRELATIONa为检波

7、器接收的信号是不同反射的和；b为参考扫描信号，我们开始移动并且对于接收信号进行互相关计算，在移动值等于第一个反射的传播时间时；互相关处理发出脉冲表明已经检测到扫描的存在，为以后的反射作同样的处理；因此，如我们在e所见到的是，相关对于相关前的检波器信号提供了较大的信噪比改进，还能看到不同频率的波形之间很少或者没有相关；互相关将滤除所有不在扫描内的频率。自相关以下提供的例子计算自相关函数，实际上也是两个完全一致波形之间的互相关。图（6）指出：不同频率的波形之间很少或者没有相关；因而，扫描的自相关函数在移动值大时只有小的数值。在移

8、动值为零时，自相关函数将呈现峰值也表示扫描信号的能量。相关CORRELATION互相关：接收信号与发送扫描的互相关以下图说明：相关CORRELATION可控震源系统的理论由可控震源产生的原始地震数据u(t)是参考扫描信号和大地响应e(t)的卷积；e(t)可看做反射系数的尖峰信号序列在频率域