專(zhuān)利名稱(chēng)：一種對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行仿真加噪的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地震勘探資料處理等數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是針對(duì)在地震勘探 資料處理以及雷達(dá)、通訊、音響、圖像等數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中，滿足信號(hào)仿真處理的需要。
背景技術(shù)：
在地震勘探資料處理以及雷達(dá)、通訊、音響、圖像等數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，加噪聲是 信號(hào)仿真處理的需要?，F(xiàn)有加噪方法分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是加白噪聲，另一類(lèi)是加有色噪聲。白噪聲是在無(wú)限頻率范圍內(nèi)功率密度為常數(shù)的隨機(jī)噪聲信號(hào)，具有任意兩個(gè)樣本 都不相關(guān)的性質(zhì)，從某種意義上說(shuō)它表示了數(shù)據(jù)的隨機(jī)性。有色噪聲則是隨著信號(hào)頻率的 不同功率密度也變化的隨機(jī)噪聲信號(hào)，根據(jù)對(duì)不同頻率段的敏感程度可區(qū)分，常見(jiàn)的有粉 紅噪聲、紅噪聲、橙色噪聲、藍(lán)噪聲、紫噪聲、灰色噪聲、棕色噪聲和黑色噪聲(靜止噪聲)。 目前對(duì)噪聲的研究還是認(rèn)識(shí)的階段，而對(duì)新噪聲的合成幾乎是一個(gè)空白。在地震勘探資料處理中，一般需要壓制噪聲，提高信噪比。特別是針對(duì)規(guī)則噪聲， 如多次波、散射波、面波等，通常需要利用多維濾波方法進(jìn)行消除或壓制。但是，多維濾波方 法會(huì)產(chǎn)生一定的混疊效應(yīng)，表現(xiàn)之一是輸出時(shí)間剖面過(guò)于呆板。因此，對(duì)多維濾波后的信號(hào) 道集作適當(dāng)?shù)姆抡婕釉胩幚硎潜匾?。而現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于加噪的處理往往是加入白噪或有 色噪聲，均不能真實(shí)體現(xiàn)或還原原有波形制，仿真度低。現(xiàn)有技術(shù)中，S' At)為常規(guī)加噪方法直接將白噪信號(hào)道集加入目標(biāo)信號(hào)道集 (圖 3)，一般表達(dá)式為S' ,(t) =Si(t) + yNi(t)(1)其中，Sdt)為 需要加噪仿真處理的目標(biāo)信號(hào)道集(圖1)，Ni (t)為白噪信號(hào)道集(圖2)。其中μ為比例 系數(shù)，t為時(shí)間序列，i為道序列。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，生成了一種新噪聲，是一種比較自 然、切合實(shí)際的隨機(jī)噪聲。用新噪聲加噪后的信號(hào)道或信號(hào)道集具有極高的仿真度。本發(fā) 明的目的是為數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域提供一種用于加噪仿真處理的新噪聲生成方法，其過(guò)程如 下—種對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行仿真加噪的處理方法，所述方法對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行仿真加噪處 理首先將目標(biāo)信號(hào)與白噪信號(hào)進(jìn)行褶積運(yùn)算生成變色信號(hào)，后將變色噪聲信號(hào)加入目標(biāo) 信號(hào)中，并對(duì)加噪后的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得到仿真加噪頻譜特征；所述的變色噪聲信號(hào)為所述目標(biāo)信號(hào)和白噪信號(hào)進(jìn)行褶積后的數(shù)字信號(hào)。所述變色噪聲信號(hào)為Ni (t)與Si (t)進(jìn)行褶積后生成一種新隨機(jī)噪聲-變色噪聲 N;(t)，如圖4，其表達(dá)式為<(0 = ^,(0*^(0 (2)； 很顯然，(X)并不完全是有色噪聲類(lèi)型，當(dāng)Si(t)也是白噪信號(hào)道時(shí)，仍是白噪信號(hào)道。A^(X)是在白噪聲信號(hào)與有色噪聲信號(hào)之間隨Si(t)的種類(lèi)變化而變化的新一類(lèi)隨機(jī)噪聲。因此，將其命名為變色噪聲。將所述變色噪聲信號(hào)道集加入目標(biāo)信號(hào)道集，表達(dá)式為S: (t) = SiHhjuN: it)⑶其中，$Λ0)為已加噪仿真處理的目標(biāo)信號(hào)道集，如圖5。Si (t)為需要加噪仿真處理的目標(biāo)信號(hào)道集，Ni (t)為白噪信號(hào)道集；μ為比例系 數(shù)，t為時(shí)間序列，i為道序列。所述仿真加噪處理方法采用時(shí)間域包括以下步驟步驟1，采集目標(biāo)數(shù)字信號(hào)或目標(biāo)數(shù)字信號(hào)道集；步驟2，生成白噪信號(hào)或白噪信號(hào)道集；步驟3，生成變色噪聲信號(hào)或信號(hào)道集<(0 = ^(0*^(0 (2)步驟4，將所述步驟3得到的變色噪聲信號(hào)輸入目標(biāo)數(shù)字信號(hào)或信號(hào)道集，進(jìn)行加 噪的處理；步驟5，輸出加噪后的數(shù)字信號(hào)。所述仿真加噪處理方法采用頻率域包括以下步驟步驟1，采集目標(biāo)數(shù)字信號(hào)或目標(biāo)數(shù)字信號(hào)道集；步驟2，生成白噪信號(hào)或白噪信號(hào)道集；步驟3，對(duì)步驟1和步驟2中的目標(biāo)數(shù)字信號(hào)或信號(hào)道集以及白噪信號(hào)或道集進(jìn)行傅氏變換，得到Si (ω) = FFT (Si (t)}(4)Ni (ω) = FFT(Ni (t)}(5)步驟4，生成變色噪聲信號(hào)或信號(hào)道集N: O) = Ni (ω) ■ Si (ω)(6)步驟5，對(duì)生成的變色噪聲信號(hào)或道集進(jìn)行傅氏反變換N； (O = FFT'1 {N； (ω)}(y)步驟6，將所述步驟5得到的變色噪聲信號(hào)輸入目標(biāo)數(shù)字信號(hào)或信號(hào)道集， 進(jìn)行加噪的處理；步驟7，輸出加噪后的數(shù)字信號(hào)。本發(fā)明應(yīng)用在地震勘探領(lǐng)域中，所述目標(biāo)數(shù)字信號(hào)道集采集于地震數(shù)據(jù)，并在地 震勘探資料處理中，多維濾波后的信號(hào)道集為所述目標(biāo)數(shù)字信號(hào)道集。本發(fā)明方法應(yīng)用于在地震勘探資料處理中，對(duì)地震波進(jìn)行處理過(guò)程中，對(duì)多維濾 波后的地震數(shù)字信號(hào)進(jìn)行仿真加噪處理。通過(guò)比對(duì)加入本發(fā)明的變色噪聲后的頻譜輸出，以及現(xiàn)有技術(shù)中的加入白噪和有 色噪聲的頻譜，分析結(jié)果表明，變色噪聲是一種自然、切合實(shí)際的人工合成隨機(jī)噪聲，用變 色噪聲加噪后的目標(biāo)信號(hào)道或信號(hào)道集具有極高的仿真度。

圖1需要加噪仿真處理的目標(biāo)信號(hào)道集(理論模型)；圖2白噪信號(hào)道集；圖3直接將白噪信號(hào)道集加入目標(biāo)信號(hào)道集；圖4生成的一種新隨機(jī)噪聲-變色噪聲道集；圖5變色噪聲道集加入目標(biāo)信號(hào)道集；圖6原始目標(biāo)信號(hào)道集頻譜；圖7白噪信號(hào)道集頻譜；圖8直接將白噪信號(hào)道集加入目標(biāo)信號(hào)道集的頻譜；圖9變色噪聲道集的頻譜；圖10將變色噪聲道集加入目標(biāo)信號(hào)道集的頻譜；圖11某地震勘探工區(qū)的一組原始CMP道集及其速度譜；圖12原始CMP道集頻譜；圖13消除多次波干擾后的CMP道集及其速度譜；
圖14去噪后的CMP道集頻譜；圖15增加白噪聲后的CMP道集及其速度譜；圖16增加白噪聲后的CMP道集頻譜；圖17增加白噪聲的CMP道集經(jīng)帶通濾波后的頻譜；圖18增加30%自然噪聲后的CMP道集及其速度譜；圖19增加30%變色噪聲后的CMP道集及其速度譜；圖20增加變色噪聲后的CMP道集頻譜；圖21本發(fā)明的時(shí)間域?qū)嵤┝鞒虉D；圖22本發(fā)明的頻率域?qū)嵤┝鞒虉D。各幅附圖將結(jié)合說(shuō)明書(shū)內(nèi)容加以詳細(xì)說(shuō)明
具體實(shí)施例方式本發(fā)明用Ni (t)與Si (t)進(jìn)行褶積運(yùn)算，生成一種新隨機(jī)噪聲-變色噪聲(圖4)。 變色噪聲的表達(dá)式為N;(t) = NXt)*SXt)(2)很顯然，Λ^Ο)并不完全是有色噪聲類(lèi)型，當(dāng)Si (t)也是白噪信號(hào)道時(shí)，A^仍 是白噪信號(hào)道。A^O)是在白噪聲信號(hào)與有色噪聲信號(hào)之間隨Si (t)的種類(lèi)變化而變化的 新一類(lèi)隨機(jī)噪聲。將此變色噪聲道集加入目標(biāo)信號(hào)道集，一般表達(dá)式為=+(3)其中，為已加噪仿真處理的目標(biāo)信號(hào)道集，如圖5。圖6是SJt)的頻譜，圖7是Ni(t)的頻譜。常規(guī)加噪的方法是直接將白噪Ni (t)加入目標(biāo)信號(hào)Sjt)，圖3和圖8分別是S' dt)的時(shí)間剖面和頻譜圖。在時(shí)間剖面中存在 明顯的加噪處理現(xiàn)象，而從頻譜中也可以發(fā)現(xiàn)加入的白噪均勻地分布于整個(gè)頻率域。因此， 常規(guī)加噪處理的仿真度較低。如圖4所示，本發(fā)明所生成的變色噪聲Λ^Ο)仍是隨機(jī)噪聲，在時(shí)間剖面中 的能量分布特征符合Si (t)的能量分布特征，的頻譜特征(圖9)同樣符合Si (t)的 頻譜特征。因此，無(wú)論是的時(shí)間剖面中，還是在&頻譜(圖10)中，都幾乎看不 出加噪處理的現(xiàn)象。分析結(jié)果表明，變色噪聲是一種比較自然、切合實(shí)際的人工合成隨機(jī)噪聲，用變色 噪聲加噪后的目標(biāo)信號(hào)道或信號(hào)道集具有極高的仿真度。在地震勘探資料處理中，一般需要壓制噪聲，提高信噪比。特別是針對(duì)規(guī)則噪聲， 如多次波、散射波、面波等，通常需要利用多維濾波方法進(jìn)行消除或壓制。但是，多維濾波方 法會(huì)產(chǎn)生一定的混疊效應(yīng)，表現(xiàn)之一是輸出時(shí)間剖面過(guò)于呆板。因此，對(duì)多維濾波后的信號(hào) 道集作適當(dāng)?shù)姆抡婕釉胩幚硎潜匾?。圖11是某地震勘探工區(qū)的一組CMP道集及其速度譜，圖中可見(jiàn)，在3500ms以下出 現(xiàn)嚴(yán)重的多次波干擾，圖12是其CMP道集頻譜。圖13是利用某種多維濾波方法對(duì)圖11消 除多次波干擾后的CMP道集及其速度譜，圖14是去噪后的CMP道集頻譜，觀察速度譜可知， 多次波干擾已被消除，但是CMP道集已類(lèi)似合成模型，感覺(jué)很不自然。圖15是在圖13的基礎(chǔ)上，增加白噪聲的結(jié)果，無(wú)論是在時(shí)間剖面中還是在頻譜 (圖16)中都存在明顯的加白噪聲現(xiàn)象。帶通濾波(5，10，60，80Hz)可隱藏時(shí)間剖面中的加 噪現(xiàn)象，但輸出頻譜(圖17)仍然顯示出加白噪聲的痕跡。增加原CMP道集中的自然噪聲(有色噪聲)是目前最常用的加噪方法。圖18是 在圖13的基礎(chǔ)上，增加30%自然噪聲的結(jié)果，其中，CMP道集中的多次波干擾有所減弱，但 在速度譜中仍有較嚴(yán)重的多次波能量顯示。圖19是本發(fā)明以圖13為目標(biāo)信號(hào)道集，增加30%變色噪聲的結(jié)果，圖20是加噪 后的目標(biāo)信號(hào)道集頻譜，其中，CMP道集的時(shí)間剖面感覺(jué)很自然，其速度譜也無(wú)多次波顯示， 頻譜對(duì)比可見(jiàn)，增加變色噪聲沒(méi)有改變其頻譜特征。因此，無(wú)論是在時(shí)間剖面中還是在頻譜 中都很難看出有加噪處理的現(xiàn)象。圖21是本發(fā)明的時(shí)間域?qū)嵤┝鞒虉D，圖22是本發(fā)明的頻率域?qū)嵤┝鞒虉D。兩種 實(shí)施例的結(jié)果是等同的。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，用變色噪聲加噪后的目標(biāo)信號(hào)道集的特點(diǎn)是在時(shí)間域中有明 顯的噪聲顯示，而在頻率域中沒(méi)有明顯的噪聲顯示。這對(duì)數(shù)字信號(hào)處理中解決噪聲壓制和 仿真加噪問(wèn)題非常有幫助。變色噪聲是一種比較自然、切合實(shí)際的人工合成隨機(jī)噪聲。用 變色噪聲加噪后的目標(biāo)信號(hào)道，無(wú)論是在時(shí)間剖面中還是在頻譜中都很難看出有加噪處理 的現(xiàn)象。因此，變色噪聲具有極高的仿真度。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行仿真加噪的處理方法，其特征在于，所述方法對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行 仿真加噪處理首先將目標(biāo)信號(hào)與白噪信號(hào)進(jìn)行褶積運(yùn)算生成變色信號(hào)，后將變色噪聲信 號(hào)加入目標(biāo)信號(hào)中，并對(duì)加噪后的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得到仿真加噪頻譜特征；所述的變色 噪聲信號(hào)為所述目標(biāo)信號(hào)和白噪信號(hào)進(jìn)行褶積后的數(shù)字信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字信號(hào)進(jìn)行仿真加噪處理方法，其特征在于， 所述變色噪聲信號(hào)為隊(duì)⑴與Si(t)進(jìn)行褶積后生成一種新隨機(jī)噪聲-變色噪聲N;(t),其表達(dá)式為將所述變色噪聲信號(hào)道集加入目標(biāo)信號(hào)道集，表達(dá)式為 S;(t) = SXt) + MN;(t)(3)其中，Si(t)為需要加噪仿真處理的目標(biāo)信號(hào)道集，NJt)為白噪信號(hào)道集；μ為比例系 數(shù)，t為時(shí)間序列，i為道序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字信號(hào)進(jìn)行仿真加噪處理方法，其特征在于， 所述仿真加噪處理方法采用時(shí)間域包括以下步驟步驟1，采集目標(biāo)數(shù)字信號(hào)或目標(biāo)數(shù)字信號(hào)道集； 步驟2，生成白噪信號(hào)或白噪信號(hào)道集； 步驟3，生成變色噪聲信號(hào)或信號(hào)道集步驟4，將所述步驟3得到的變色噪聲信號(hào)輸入目標(biāo)數(shù)字信號(hào)或信號(hào)道集，進(jìn)行加噪的 處理；步驟5，輸出加噪后的數(shù)字信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字信號(hào)進(jìn)行仿真加噪處理方法，其特征在于， 所述仿真加噪處理方法采用頻率域包括以下步驟步驟1，采集目標(biāo)數(shù)字信號(hào)或目標(biāo)數(shù)字信號(hào)道集； 步驟2，生成白噪信號(hào)或白噪信號(hào)道集；步驟3，對(duì)步驟1和步驟2中的目標(biāo)數(shù)字信號(hào)或信號(hào)道集以及白噪信號(hào)或道集進(jìn)行傅氏 變換，得到Si(Co) = FFTiSi (t)}(4)Ni(Co) = FFTiNi (t)}(5)其中ω為圓頻率；步驟4，生成變色噪聲信號(hào)或信號(hào)道集Ν,Λ (ω) = Νχω)-SXa)(6)步驟5，對(duì)生成的變色噪聲信號(hào)或道集進(jìn)行傅氏反變換N (t) = FFT1 {N (ω)}(ν)步驟6，將所述步驟5得到的變色噪聲信號(hào)TV,Λ( )輸入目標(biāo)數(shù)字信號(hào)或信號(hào)道集，進(jìn)行 加噪的處理；步驟7，輸出加噪后的數(shù)字信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的一種數(shù)字信號(hào)進(jìn)行仿真加噪處理方法，其特征在于， 所述目標(biāo)數(shù)字信號(hào)道集采集于地震數(shù)據(jù)，并在地震勘探資料處理中，多維濾波后的信號(hào)道集為所述目標(biāo)數(shù)字信號(hào)道集。
6.應(yīng)用如權(quán)利要求1-5之一的仿真加噪處理方法，其特征在于，所述方法應(yīng)用于在地震勘探資料處理中，對(duì)地震波進(jìn)行處理過(guò)程中，對(duì)多維濾波后的 地震數(shù)字信號(hào)進(jìn)行仿真加噪處理。
全文摘要
一種對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行仿真加噪的處理方法，所述方法對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行仿真加噪處理首先將目標(biāo)信號(hào)與白噪信號(hào)進(jìn)行褶積運(yùn)算生成變色信號(hào)，后將變色噪聲信號(hào)加入目標(biāo)信號(hào)中，并對(duì)加噪后的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得到仿真加噪頻譜特征；所述的變色噪聲信號(hào)為所述目標(biāo)信號(hào)和白噪信號(hào)進(jìn)行褶積后的數(shù)字信號(hào)。變色噪聲是一種比較自然、切合實(shí)際的人工合成隨機(jī)噪聲。用變色噪聲加噪后的目標(biāo)信號(hào)道的特點(diǎn)是在時(shí)間域中有明顯的噪聲顯示，而在頻率域中沒(méi)有明顯的噪聲顯示，無(wú)論是在時(shí)間剖面中還是在頻譜中都很難看出有加噪處理的現(xiàn)象。因此，變色噪聲具有極高的仿真度。
文檔編號(hào)G01V1/36GK102043168SQ20101050799
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者劉志成, 孫武亮, 楊勤勇, 段心標(biāo), 謝金娥 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院