[发明专利]一种基于FPGA的地震波正向延拓方法

说明书

本发明涉及到油气勘探技术领域，尤其涉及到一种基于FPGA的地震波正向延拓方法，该方法通过震源波场的计算、边界辅助波场计算、波场合成计算，其中震源波场的正向延拓涉及到吸收边界计算、波动方程求解，当前边界选取为PML；本发明基于FPGA的地震波正向延拓方法，其波场正向延拓过程在FPGA上的实现，可以做到计算过程不依赖CPU，进一步减少与CPU交互、数据流转的时间，从而加速整体计算过程。

技术领域

本发明涉及到油气勘探技术领域，尤其涉及到一种基于FPGA的地震波正向延拓方法。

背景技术

随着油气田勘探程度的不断深化,普通易探明油气田几乎没有剩余，但油气资源又是现代工业所必须产品，故只能向结构复杂地域、海洋进行探索。现有成像方法多使用克希霍夫射线法来进行成像处理，此方法对盐下构造、复杂地质构造探照度不够，从而使用逆时偏移(RTM)方法来对地下地质结构进行成像。这是一种基于波动方程在时间-空间域用高阶差分方方程求解声波偏微分方程的成像方法，此方法可以真实的模拟波在地下的传播过程，无倾角限制，适合海洋及复杂地质结构，在复杂三维结构成像方面有明显优势，成像精度较射线法更高，其中最重要的过程为正向延拓过程，学术界及工业界均有大量正演计算需求。

在油气地质勘探过程中使用逆时偏移方法进行成像涉及到对波动方程的求解，此过程计算量巨大，现有技术方案使用的为GPU加速卡进行多核多线程，相较于传统使用CPU计算有较大的提升。

但在现今阶段GPU加速卡价格昂贵且功耗高，现有方案均是通过调用NVIDIA公司发布CUDA平台调用GPU进行并行计算，但GPU实现的为通用计算，会进行大量的调度，且仅对算法部分流程进行加速，CPU与GPU要频繁交互，从而造成有效计算占比低，最终导致并行计算速度低。

FPGA(Field Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路出现的，是可编程的逻辑列阵，能够有效的解决原有的器件门电路数不足的问题。FPGA的基本结构包括可编程输入输出单元，可配置逻辑块，数字时钟管理模块，嵌入式块RAM，布线资源，内嵌专用硬核，底层内嵌功能单元。基于FPGA的可定制，可编程的特性，可以针对算法求解过程做了等价变形，使得在计算时充分发挥FPGA芯片的并发性能，使得计算指令无需等待，以流水的方式实现无缝连接的计算，省去了CPU、GPU等传统冯诺依曼架构芯片的指令调度、指令执行等待、数据搬运时间，从而大大加速了计算过程，据统计比同价位GPU快5倍以上，较CPU快百倍以上。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种基于FPGA的地震波正向延拓方法，本发明利用了FPGA硬件特性，针对正时延拓过程进行了实现，对计算过程进行合理拆分、组合，从而达到流水的方式对数据进行计算,充分利用硬件资源，较现有GPU方案同精度下更快，功耗更低。

一种基于FPGA的逆时偏移成像方法，该技术方案利用了FPGA硬件特性，针对正时延拓过程进行了实现，对计算过程进行合理拆分、组合，从而达到流水的方式对数据进行计算,充分利用硬件资源，较现有GPU方案同精度下更快，功耗更低。

一种基于FPGA的地震波正向延拓方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1：将需要计算的对应坐标数据从存储介质中传入FPGA芯片中，FPGA芯片将该数据从内存中读取到芯片内部等待计算信号，其中，对应坐标数据有震源波场W、速度模型V、初始波场P₀、初始辅助波场B₀；

步骤S2：接收到计算信号后，对震源波场W、速度模型V、初始辅助波场B₀以及初始波场P₀进行顺序组装；

步骤S3：在初始波场P₀子波对应坐标加上子波值；