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基于DSP可控震源伪随机信号发生器设计

杨玄  
【摘要】:震源是产生地震信号的源头,是地震勘查技术的重要组成部分。可控震源是油气地震勘探的一种大型设备,-也是至今为止使用最成功的一种非炸药震源。在地震勘探中,要克服环境噪声和其它阻力因素的影响,震源就必须要有一定的能量,从能量的角度看,短时间输出的大能量信号可以用长时间输出的小能量信号去逼近,实现这种逼近得益于相关技术。因此,可控震源扫描信号自相关函数对可控震源地震勘探记录质量的影响很大。 在可控震源地震勘探过程中,扫描信号经过功率放大后被送到地下,该信号经过地下介质反射后置于地表的地震仪记录,地震剖面上的记录是大地反射系数与传输特性经过修整之后的扫描信号的自相关函数的集合,因此可控震源扫描信号的自相关函数就对应于传统地震勘探记录中的子波或称之为相关子波。传统地震勘探的分辨率取决于地震子波的分辨率,而与之相呼应的是,可控震源地震勘探的分辨率取决于“相关子波”的分辨率。在可控震源的数据处理中,相关子波来源于扫描信号和回波信号(检波器检测到的反射信号)的互相关(crosscorrelation),回波信号是扫描信号与大地因子的卷积,所以相关子波就是扫描信号自相关函数和大地滤波因子的卷积,子波形态和相位是决定子波分辨率的重要因素,子波的主瓣突出,旁瓣与主瓣的比值小,旁瓣衰减快,则其分辨率高,反之则低。零相位子波的分辨率高于最小相位和混合相位的子波。由此可见,扫描信号的自相关函数的形状是影响地震勘探分辨率的重要因素,研究可控震源的扫描技术对提高可控震源地震勘探分辨率有着十分重要的意义。 扫描信号自相关函数的形状是影响可控震源分辨率和信噪比的主要因素,因此,改善扫描信号自相关函数的性能是提高地震勘探效果的最佳途径。伪随机扫描信号有类似于白噪声的自相关函数特性,具体表现为其自相关函数的双值性,有一定的周期性,在每个周期内又是随机的,其自相关函数接近脉冲函数的特性,有窄的高峰或宽的功率谱密度,而且伪随机序列还具有预先的可确定性和抗干扰的能力,使得它易于从其它信号或干扰中分离出来。因此,研究可控震源中的伪随机扫描方式,可通过压制旁瓣,突出主瓣,来改善自相关函数的特性,从而达到提高地震勘探中可控震源分辨率和信噪比的目的,在地震勘探中具有良好的发展前景。 本文首先阐述了该课题选题的研究背景,目的和意义:其次,介绍了适合于地震勘探技术的各种扫描信号,对这些信号的优缺点比较分析,详细探讨了非线性信号中的伪随机扫描信号;接着,结合地震勘探的原理,针对可控震源的特点和扫描信号对地震勘探的影响,研究了三元伪随机编码的生成方法,利用三元伪随机序列构造了三元伪随机扫描信号,并对三元伪随机扫描信号在Matlab平台上进行仿真分析,通过仿真结果得出了三元伪随机扫描信号本原多项式的阶次以及载波频率和自相关函数三者之间的关系,以及这两个参数对自相关函数的影响。最后,介绍了TMS320C5416系列的DSP信号发生器,详细介绍了定时器、时钟发生器、中断、AD采样、DA输出等外围设备具体电路的设计,以及这些外围设备的工作原理和在该设计中这些外围设备相互如何协调工作,并给出了设计方案、原理和软件的编程思想及程序流程图,并将设计生成的伪随机扫描信号通过DA输出,在示波器上观察其波形,并分析了仿真图与硬件实现的图出现偏差的原因;在本文最后,对这次设计中的一些出现的问题进行分析,并指出了实验中的重点和难点,并且指出下一步的工作打算。


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