一种有限频率S变换方法及地震信号的时频变换方法技术

本发明专利技术涉及石油地球物理勘探技术领域，公开了一种有限频率S变换方法、一种地震信号的时频变换方法和系统以及一种地震信号的AVAF分析方法，所述有限频率S变换方法包括：基于被测信号确定一个有限频率域；以及基于广义傅里叶变换的α域的表达形式，在所述有限频率域内对被测信号进行S变换。所述地震信号的时频变换方法包括：取地震信号为被测信号；采用所述有限频率S变换方法对地震信号进行时频变换。所述地震信号的AVAF分析方法包括：采用上述时频变换方法对地震信号进行时频变换，得到对应的时频谱；以及基于时频谱，进行地震信号的AVAF分析。本发明专利技术既保存了在频率域进行S变换高分辨率的特征，又极大减小了S变换的计算量，为AVAF反演提供了基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号时频分析
，特别是涉及应用于石油地球物理勘探
的一种有限频率S变换方法、一种地震信号的时频变换方法和系统以及一种地震信号的AVAF分析方法。
技术介绍
在电力系统谐波分析及地震波探测等多个方面，均涉及有对信号进行时频分析。特别是在石油地球物理勘探领域，通常需要针对地震数据进行AVAF反演分析，而进行AVAF反演分析之前，需要采用傅里叶变换(FT)、小波变换(WT)、S变换等时频变换方法对地震信号进行时频分析。常规的傅里叶变换假设信号或者图像是稳定的，也就是说信号和图像在所有时间、所有位置包含的频率成分是一致的，但这种假设不能适应于分析非平稳信号。短时傅里叶变换(STFT)是其中一种加窗的时频变换方法，然而窗的选择需要在时间域与频率域之间做一个折中，窗越窄信号的时间分辨率越高，窗越宽信号的频率分辨率越高。小波变换引入了多尺度的概念，使得在对信号进行小波分解时高频具有好的时间分辨率，低频具有比较好的频率分辨率。然而小波变换存变换域不再是频率域，而只是尺度的概念。另外，由于小波变换基的特性导致了相位的概念在小波域中是局部的。这两点均与AVAF分析的需要相矛盾。S变换(Stockwell Transform)本质上来说是一种广义的傅里叶变换，S变换时窗的选择是与频率有关的，低频部分时窗大，高频部分时窗小，这也是为什么S变换具有多尺度的分辨率的关键。S变换具有非常适合AVF分析的特性，但是S变换的计算量特别大。现有技术提出在频率域的非冗余的S
变换的快速算法，它的计算复杂度下降到和快速傅里叶变化相同的级别，但是它在用于AVF分析时存在着阶梯效应。现有技术中还提出了一种用脉冲函数的S变换响应来校正信号的S变换产生的阶梯效应的方法，该方法AVF分析的结果有明显的改善，但是依旧不能满足反演的数据要求。本领域技术人员所公知的是，AVAF分析需要分频率的地震道集，地震道集的时频变换的精度和效率是反演中必须关注的问题，而快速、精确的时频变换方法严重影响AVAF分析在地震资料中的应用。因此，针对常规的傅里叶变换、小波变换、S变换在地震信号的时频分析中存在的缺点，本专利技术提出了一种改进的S变换，以实现快速、精确的时频变换。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种有限频率S变换方法、一种地震信号的时频变换方法和系统以及一种地震信号的AVAF分析方法，用于解决目前的时频变换方法精度和效率无法满足反演要求的问题。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案提供了一种有限频率S变换方法，包括：基于被测信号确定一个有限频率域；以及基于广义傅里叶变换的α域的表达形式，在所述有限频率域内对被测信号进行S变换。优选地，采用以下公式来表达有限频率域f：f∈[fmin,fmax]其中fmin和fmax分别是所述被测信号的最低频率和最高频率。优选地，在确定的有限频率域中，每个频率的范围固定在所述被测信号的主频段。优选地，设α域的表达形式为α(v′,v)，则基于广义傅里叶变换的α域的表达形式为：α(v′,v)＝G(v′+v)·W(v′,σ)式中，v是频率，v′是局部时间τ的傅里叶变换，G(v′+v)、W(v′,σ)分别是被测信号g(t)和窗函数w(τ-t,σ)的傅里叶谱，τ是局部时间。优选地，所述在有限频率域内对被测信号进行S变换，具体包括：从α域对有限频率域范围内的α(v′,v)进行反傅里叶变换，得到S变换的公式： S ( τ , v ) = ∫ - ∞ + ∞ α ( v ′ , v ′ ) · e i 2 πv ′ τ dv ′ ]]>式中，S(τ,v)表示被测信号的S变换，v表示频率，v′是局部时间τ的傅里叶变换，τ是局部时间。本专利技术的技术方案还提供了一种地震信号的时频变换方法，包括：取地震信号为被测信号；采用上述的有限频率S变换方法对地震信号进行时频变换。优选地，在确定的有限频率域中，每个频率的范围固定在所述地震信号的主频段。优选地，设N是地震信号的长度，M是进行时频变换需要分频的个数，则将有限频率域中每个频率的范围固定在所述地震信号的主频段后，采用有限频率S变换方法对地震信号进行时频变换的速度提高N/M倍。本专利技术的技术方案还提供了一种地震信号的时频变换系统，包括：有限频率域确定模块，用于基于地震信号确定一个有限频率域；以及时频变换模块，用于采用所述的有限频率S变换方法对地震信号进行时频变换。本专利技术的技术方案还提供了一种地震信号的AVAF分析方法，包括：采用上述时频变换方法对地震信号进行时频变换，得到对应的时频谱；以及基于所述时频谱，进行地震信号的AVAF分析。本专利技术的有益效果是：本专利技术相比已有的时频分析的技术，在有限频率域进行S变换，既可以保存在频率域进行S变换高分辨率的特征，又可以极
大减小S变换的计算量，为下一步的AVAF反演分析提供了坚实的基础。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术的实施一中有限频率S变换方法的流程示意图；图2是本专利技术的实施二中地震信号的时频变换方法的流程示意图；图3是本专利技术的实施三中地震信号的时频变换系统的结构示意图；图4是本专利技术的实施四中地震信号的AVAF分析方法的流程示意图；图5(a)是本专利技术的实施方式中用于示例的25Hz雷克子波示意图；图5(b)是图5(a)的雷克子波的傅里叶谱示意图；图5(c)是图5(a)的雷克子波的5Hz-100Hz的傅里叶谱示意图；图5(d)是图5(a)的雷克子波的5Hz-100Hz的窗函数谱示意图；图5(e)是图5(a)的雷克子波的5Hz-100Hz的有限频率域的示意图；图5(f)是图5(a)的雷克子波的5Hz-100Hz的S变换的谱的示意图；图6是本专利技术的实施方式中有限频率域S变换与非冗余S变换的精度对比图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。实施例一本实施例以信号g(t)为例，其进行S变换正变换的公式如下： S ( τ , v ) = &Integral本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有限频率S变换方法，其特征在于，包括：基于被测信号确定一个有限频率域；以及基于广义傅里叶变换的α域的表达形式，在所述有限频率域内对被测信号进行S变换。

【技术特征摘要】
1.一种有限频率S变换方法，其特征在于，包括：基于被测信号确定一个有限频率域；以及基于广义傅里叶变换的α域的表达形式，在所述有限频率域内对被测信号进行S变换。2.根据权利要求1所述的有限频率S变换方法，其特征在于，采用以下公式来表达有限频率域f：f∈[fmin,fmax]其中fmin和fmax分别是所述被测信号的最低频率和最高频率。3.根据权利要求2所述的有限频率S变换方法，其特征在于，在确定的有限频率域中，每个频率的范围固定在所述被测信号的主频段。4.根据权利要求1至3中任一项所述的有限频率S变换方法，其特征在于，设α域的表达形式为α(v′,v)，则基于广义傅里叶变换的α域的表达形式为：α(v′,v)＝G(v′+v)·W(v′,σ)式中，v是频率，v′是局部时间τ的傅里叶变换，G(v′+v)、W(v′,σ)分别是被测信号g(t)和窗函数w(τ-t,σ)的傅里叶谱，τ是局部时间。5.根据权利要求4所述的有限频率S变换方法，其特征在于，所述在有限频率域内对被测信号进行S变换，具体包括：从α域对有限频率域范围内的α(v′,v)进行反傅里叶变换，得到S变换的公式： S ( τ , v ) = ∫ - ∞ + ∞ α ( v ...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗亨，滕龙，许凯，陈文爽，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11