工程物探信号采集中信号源触发时间获取方法与流程

本发明涉及工程地球物理勘探技术领域，具体涉及一种工程物探信号采集中信号源触发时间获取方法。

背景技术：

工程地球物理勘探，简称工程物探，它的探测目标是地下岩土层或者建筑结构，对探测目标加载自然或人工物理场后，通过仪器观测其变化，以确定隐蔽目标的空间范围(大小、形状、分布)，并测定目标体的物理参数，解决地质问题的一种物理勘探方法。现阶段使用的工程地球物理勘探仪器中，主要采用人工场的方式来进行探测。

于是，在大部分工程物探作业中，都需要勘探仪器记录下人工激发物理场的激发时间。现阶段主要有两种方法：第一种方法触发后采集，即在物理场激发端附近设置一个传感器并设定一个阈值，设备就绪后，激发端附近传感器测量物理场强度，当测量值超过阈值时，勘探仪器记录下时间，以此作为物理场激发的时间，同时信号接收端从此刻开始采集数据；第二种方法是提前采集，同样在物理场激发端附近设置传感器并设定阈值，设备就绪后，仪器接收端先开始循环采集数据，同时激发端附近传感器测量物理场强度，当测量值超过阈值时，勘探仪器记录下时间，将记录时间前延一个固定时间，作为采集起点。

但是这两种方法都存在问题，对于第一种方法而言，由于外界干扰和仪器底噪不可能无限低，所以阈值不能设定得太低，也就是说仪器记录的物理场激发时间实际上比物理场实际激发时间要晚。对于第二种方法而言，确实记录下了完整的物理场激发过程，但是传感器采样率有限，无法准确获知物理场实际激发时间，在处理信号时只能以物理场强度最大值作为时间点来进行处理。这样处理的缺点也很明显，信号穿过探测目标后，信号的振幅、频率、相位、波速等物理性质会发生改变，用信号中物理场强度最大值的时间点来进行处理，难免会有误差。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提出一种工程物探信号采集中信号源触发时间获取方法，该方法能准确找到人工物理场的激发时间。

为解决上述技术问题，本发明公开的一种工程物探信号采集中信号源触发时间获取方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：在物理场激发端布置对应的物理场传感器，并设定触发阈值，当物理场传感器的对应物理场强度大于此触发阈值时所对应的时间为物理场激发时间参考值；根据实际需要设置工程物探仪器采样时间长度为l，以及预采样时间长度m；

步骤2：工程物探仪器开始采集数据，数据以循环存储的方式存储在工程物探仪器的缓存中；

步骤3：步骤1中所述物理场传感器开始同步采集信号，并时刻将对应物理量读数与所述触发阈值进行比较；

步骤4：记录下所述物理场传感器采集到的物理场强度大于所述触发阈值时的时间信息t0；

步骤5：工程物探仪器采集到t0+(l-m)时间点时，停止工作，保留工程物探仪器缓存中t0-m至t0+(l-m)时刻的数据；

步骤6：对采集到的数据进行希尔伯特变换，计算出数据的瞬时频率，找出数据瞬时频率的突变时间点t1；

步骤7：将采集到的信号中突变时间点t1以及突变时间点t1后面的n个时间点进行曲线拟合，通过拟合方程求出物理场实际触发时间。

本发明的有益效果：

本发明通过信号的瞬时频率获取物理场激发近似时间点，然后对物理场激发近似时间点附近的采样值进行曲线拟合，计算出的物理场激发时间，与实际激发时间十分接近，可以较好的提高物理场激发时间的精确度。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的信号采集示意图；

图3为本发明中采集到的信号示意图；

图4为本发明中瞬时频率异常点提取示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

本发明的一种工程物探信号采集中信号源触发时间获取方法如图1所示，它包括如下步骤：

步骤1：在物理场激发端布置对应的物理场传感器(能对发射的物理场进行检测的传感器，如检波器等，就放在发射端边上)，并设定触发阈值(即临界值，默认以传感器读数大于此值的时间为物理场激发时间参考值，但此时间与物理场实际激发时间有误差，一般根据经验来设定阈值，以工程物探仪器自身噪音水平正相关)；根据实际需要设置工程物探仪器采样长度为l，以及预采样长度m；所述预采样长度m大于时间信息t0和物理场实际触发时间之差；所述预采样时间长度m一般以经验估算，为采样长度为l的3％～5％；

地球物理勘探的一般方法是将自然或者人工的物理场(如电场，弹性波场等，这里采用人工物理场)加到待勘探的目标体上，然后测量物理场的变化，通过测量结果来推导出待勘探目标体的物理性质。这里的激发端指发射物理场的装置，比如雷达的天线，弹性波的震源等；

步骤2：工程物探仪器开始采集数据，数据以循环存储的方式存储在工程物探仪器的缓存中(比如传感器缓存大小为10个数据单位，开始采集后，数据1、数据2、数据3、数据4顺序存入缓存，到第10个数据时缓存满，数据11存入1号数据单位，覆盖掉数据1，数据12覆盖数据2，以此类推)；

步骤3：步骤1中所述物理场传感器开始同步采集信号，并时刻将对应物理量读数与所述触发阈值进行比较；

步骤4：记录下所述物理场传感器采集到的物理场强度大于所述触发阈值时的时间信息t0；

步骤5：工程物探仪器采集到t0+(l-m)时间点时，停止工作，保留工程物探仪器缓存中t0-m至t0+(l-m)时刻的数据；如图2所示；

步骤6：对采集到的数据进行希尔伯特变换，计算出数据的瞬时频率，找出数据瞬时频率的突变时间点t1；

步骤7：将采集到的信号中突变时间点t1和突变时间点t1后面的n个时间点进行曲线拟合，通过拟合方程求出物理场实际触发时间。

上述技术方案的步骤2中，当缓存数据存满后，新采集到的数据总是替换掉缓存中存储的时间最早的数据。

上述技术方案的步骤7中n取值为5。

下面对本发明的方法进行验证，

采集到的信号如图3所示，这里以如下函数为例，从函数中不难看到，物理场实际的触发时间为50.6。

式中，tx为预设的物理场实际触发时间，这里取值为50.6，t为时间，e为自然常数，a(t)为工程物探仪器对采集到的数据；

然后依据本发明步骤6和7的方式对a(t)进行希尔伯特变换，计算出信号的瞬时频率，找出信号瞬时频率的突变点t1，如图4所示，这里计算出的瞬时频率突变点t1为51。

将采集到的信号中t1，即51附近的点进行曲线拟合，通过拟合方程求出物理场实际触发时间，这里计算出的物理场触发时间为50.6001，与预设的物理场实际触发时间之间十分接近。因此证明了本发明方案的可行性。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。