[发明专利]一种地震仪采集数据时钟的方法及装置

权利要求书

1.一种地震仪采集数据时钟的方法，其特征在于，包括下述步骤：

获取水声时标信号，包括：

在目标区域内设置水声发射装置；

在所述目标区域内间隔布设地震仪，按照所述水声发射装置发射的次数，依次标记为1，2，3，…；

将所述地震仪记录的水声时标信号记作S(i,j)，其中，i表示地震仪的编号，j表示采集到的水声时标信号的次数；

对所述水声时标信号S(i,j)进行离散傅里叶变换；

采用下述公式，将采集信号由时间域转变为频率域，所述公式为：

式中，X(k)表示DFT变换后从时间域到频率域的结果，x(n)表示水声时标信号的时间序列，k和n表示相同的采样点数；

根据线性调频水声时标信号的有效频带范围f₁-f₂，将X(k)中频带范围f₁-f₂以外的数据置0后，对X(k)数据进行离散傅里叶变化逆变换，得到滤波后的水声时标信号S_bf(i,j)；

选取滤波后水声时标信号S_bf(i,j)中任意一次的水声时标信号，采用下述公式进行分数阶傅里叶变化，所述公式为：

式中，n为整数，F^p为分数阶傅里叶变换的算子符号，P为分数阶傅里叶变换的阶，α＝pπ/2，0＜|p|＜2,0＜|α|＜π；

构建下述公式：

式中，f_s为地震仪水声时标信号的采样频率，N为采样点数，K为线性调频信号的调频率；

以a₀为中心，在±d的范围内以步长为△d，对滤波后的水声时标信号S_bf(i,j)迭代计算不同阶数下分数阶傅里叶变换的振幅峰值；

通过判断信号在U域中会聚性最好，最大振幅峰值最高得到该水声时标信号在分数阶傅里叶变换下对应的最优旋转角度a_opt；

对滤波后的水声时标信号进行截取，利用所述最优旋转角依次进行分数阶傅里叶变换，获得每次水声时标信号到时最大振幅；

利用地震仪采集到的水声时标信号到时最大振幅F^p(i)，对应分数阶傅里叶变换变换下U域的采样点号为u(i)，记第一次采集到水声时标信号最大振幅F^p(0)对应的采样点号u(0)为零时刻；

通过下述公式，计算水声时标信号的到时差为

式中，Δt(i)为地震仪在i次水声时标信号的到时偏差，f_s为地震仪水声时标信号的采样频率，a_opt为分数阶傅里叶变换下的最优旋转角；

根据所述的内部时钟偏差对采集数据进行重采样校正，得到时钟同步数据。

2.一种地震仪采集数据时钟的装置，其特征在于，包括：

信号获取单元，用于获取水声时标信号；

滤波单元，用于对所述水声时标信号进行带通滤波，获得滤波后的水声时标信号；

旋转角计算单元，用于对滤波后的水声时标信号进行分数阶傅里叶变换计算水声时标信号的最优旋转角；

振幅计算单元，用于对滤波后的水声时标信号进行截取，利用所述最优旋转角依次进行分数阶傅里叶变换，获得每次水声时标信号到时最大振幅；

时钟偏差单元，用于利用每两次所述水声时标信号最大振幅偏差确定每两次所述水声时标信号发射时间间隔时刻内地震仪内部时钟偏差；

时钟同步数据单元，用于根据所述的内部时钟偏差对采集数据进行重采样校正，得到时钟同步数据；

所述信号获取单元包括：设置在目标区域内的水声发射装置、在所述目标区域内间隔布设地震仪，按照所述水声发射装置发射的次数，依次标记为1，2，3，…；

所述地震仪记录的水声时标信号记作S(i,j)，其中，i表示地震仪的编号，j表示采集到的水声时标信号的次数；

滤波单元包括：

离散傅里叶变换模块，用于对所述水声时标信号S(i,j)进行离散傅里叶变换；

频率域转换模块，用于采用下述公式，将采集信号由时间域转变为频率域，所述公式为：

式中，X(k)表示DFT变换后从时间域到频率域的结果，x(n)表示水声时标信号的时间序列，k和n表示相同的采样点数；

第一计算模块，用于根据线性调频水声时标信号的有效频带范围f₁-f₂，将X(k)中频带范围f₁-f₂以外的数据置0后，对X(k)数据进行离散傅里叶变化逆变换，得到滤波后的水声时标信号S_bf(i,j)；

旋转角计算单元包括：

分数阶傅里叶变化模块，用于选取滤波后水声时标信号S_bf(i,j)中任意一次的水声时标信号，采用下述公式进行分数阶傅里叶变化，所述公式为：

式中，n为整数，F^p为分数阶傅里叶变换的算子符号，P为分数阶傅里叶变换的阶，α＝pπ/2，0＜|p|＜2,0＜|α|＜π；

构建模块，用于构建下述公式：

式中，f_s为地震仪水声时标信号的采样频率，N为采样点数，K为线性调频信号的调频率；

第二计算模块，用于以a₀为中心，在±d的范围内以步长为△d，对滤波后的水声时标信号S_bf(i,j)迭代计算不同阶数下分数阶傅里叶变换的振幅峰值；

旋转角判断模块，用于通过判断信号在U域中会聚性最好，最大振幅峰值最高得到该水声时标信号在分数阶傅里叶变换下对应的最优旋转角a_opt；

所述时钟偏差单元包括：

零时刻获取模块，利用地震仪采集到的水声时标信号到时最大振幅F^p(i)，对应分数阶傅里叶变换变换下U域的采样点号为u(i)，记第一次采集到水声时标信号最大振幅F^p(0)对应的采样点号u(0)为零时刻；

第三计算模块，用于通过下述公式，计算水声时标信号的到时差为

式中，Δt(i)为地震仪在i次水声时标信号的到时偏差，f_s为地震仪水声时标信号的采样频率，a_opt为分数阶傅里叶变换下的最优旋转角。