基于qt程序的obs性能和技术指标测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于QT程序的OBS性能和技术指标测试方法，包括波形一致性测试方法和信噪比计算测试方法，波形一致性测试是通过积差相关系数计算方法实现的，信噪比计算测试方法是使用富立叶变换或小波变换消除噪声实现的，用于测试海洋地震及天然气水合物资源勘探用OBS海底地震仪性能，可检测判断OBS海底地震仪在投入使用前多台OBS接收同一震源数据在波形和时间上是否一致、OBS海底地震仪的检波器是否能够接收足够丰富的频谱信息、OBS设备采集数据的背景噪音统计和信噪比是否达到要求。
【专利说明】
基于QT程序的OBS性能和技术指标测试方法
技术领域
[0001] 本发明涉及海洋地震及天然气水合物资源勘探用0BS海底地震仪性能测试技术领 域，具体涉及一种基于QT程序的0BS性能和技术指标测试方法。
【背景技术】
[0002] 随着0BS即海底地震仪勘探技术的发展和完善，0BS在勘探海底天然气水合物方面 有着非常明显的效果。天然气水合物三维的海底采集工作的成败在于采集设备0BS的各项 性能指标是否达到要求，在下水采集之前对0BS海底地震仪测试就是要保证设备正常、采集 的资料合格，以便后续的处理和解释工作顺利开展;0BS海底地震仪在测试时主要检测是否 满足：（1)、多台0BS接收同一震源数据在波形和时间上是否一致；（2)、0BS的检波器是否能 够接收足够丰富的频谱信息；（3)、设备采集数据的背景噪音统计和信噪比是否达到要求。 而由于java技术主要用于网站开发，java自带有析构函数，能够自动释放内存，这样java技 术用在0BS测试平台上会造成测试系统的内存自动释放，不利于进行0BS测试系统设计;QT 技术是一个用于多种平台图形界面程序开发的C++工具包，它是面向对象的，其采用统一的 被称为"信号与槽"的机制运行对象间通信，支持含无限制定位在内的强大的布局能力，可 以编译为在嵌入式环境中运行，使用QT技术的STL兼容的集合类能够把对象储存在内存里 面，QT的I/O类和网络类具有可提供使用标准协议来处理本地和远程文件的能力，通过对QT 技术和java技术的比对，QT技术应用于0BS测试平台具有比java技术更加明显的优势，更能 满足0BS测试平台的功能实现和操控。因此，为满足0BS海底地震仪测试要求和实现0BS海底 地震仪测试功能，需要开发一种基于QT程序的0BS性能和技术指标测试方法。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种用于检测0BS海底地震仪在投入使用 前多台0BS接收同一震源数据在波形和时间上是否一致、0BS海底地震仪的检波器是否能够 接收足够丰富的频谱信息、0BS设备采集数据的背景噪音统计和信噪比是否达到要求的基 于QT程序的0BS性能和技术指标测试方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0005] 基于QT程序的0BS性能和技术指标测试方法，包括波形一致性测试方法和信噪比 计算测试方法，波形一致性测试是通过积差相关系数计算方法实现的，积差相关系数的计 算基本
式中r为积差相关系数，n为成对数据的对数分别表示变量X与Y的平均数； (义-无)表示乂变量的离差，()/-^7)表示￥变量的离差。
[0006] 信噪比计算测试方法是使用富立叶变换或小波变换消除噪声实现的，信噪比计算
，式中X是原始信号，T(X)是变换后的信号；如果主 要考虑低频和高频噪声，不考虑有效频带内的噪声，信噪比计算直接用公式
[0007] 如果考虑随机噪声的存在，则可以先计算随机噪声的分布密度，然后把随机噪声 的能量从信号能量中去除，信噪比计算用公式
进一步的，当X、F为除不尽的小数时，积差相关系数的计算公式为
，式中2XY为两个变量X与Y每对变量值的乘积之和；2X
为X变量的变量值的总和；2 Y为Y变量的变量值的总和；2 X2为X变量的变量值的平方和；2 Y2为Y变量的变量值的平方和。
[0008] 进一步的，所述傅立叶变换公式为
[0009] 进一步的，所述小波变换去燥计算公式为，若待分析信号f(t)为能量有限的 一维函数，即f(t)GL 2(R)，则其连续小波变换定义为
相应的重构公式为 式中称a为尺度因子， ， b为平移因子，W(t)为母小波，尺度因子a越高对应的信息频率越低。
[0010] 进一步的，采用非线性阈值处理方法将小波变换后有用信号的能量集中于少数小 波系数，选择合适的正交小波基和分解层数J，对含噪信号进行小波变换分解到J层;对分解 得到的小波系数进行阈值处理，硬阈值法保留较大的小波系数并将较小的小波系数置零，
软阈值法将较小的小波系数置零，而对较大 '， 的小波系数向零进行了收缩，计算公式
[0011] 本发明具有如下有益效果：
[0012] 本发明基于QT程序的0BS性能和技术指标测试方法，可用于检测0BS海底地震仪在 投入使用前多台0BS接收同一震源数据在波形和时间上是否一致、0BS海底地震仪的检波器 是否能够接收足够丰富的频谱信息、0BS设备采集数据的背景噪音统计和信噪比是否达到 要求。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合具体实施例，对本发明作进一步的描述，以便于更清楚的理解本发明要 求保护的技术思想。
[0014] 本发明基于QT程序的0BS性能和技术指标测试方法，其基于Qt Creator开发环境， 包括波形一致性测试方法和信噪比计算测试方法，波形一致性测试是通过积差相关系数计 算方法实现的，积差相关系数的计算基本公式
式中r为积差相关系数，n为成对数据的对数；分别表示变量X与Y的平均数； (-叉)表示X变量的离差，(7 - F)表示Y变量的离差;积差是两个变量中每对变量值离均差 相乘之积(I -叉)(F-f)，它是协方差.
的主要内容，计算积差相关系数离
，它的离差乘积和的大小，就能反映两个变量之间的关系。如 果X与Y两个变量值的变化，当X大于X时，Y也大于F ,而X小于尤，Y也小于F，在这种情况下， 两个离差乘积和为正，且数值较大，说明两个变量的变化方向一致，且关系密切;如果两个 变量值的变化，当X小于X时，Y反而大于F，而X大于X时，Y反而小于F，在这种情况下，两个 离差乘积和为负，且数值较大，这说明两个变量的变化方向相反，但关系密切;如果两个变 量值的变化，当X大于戈时，Y可能大于F，也可能小于F，两个离差乘积和趋于0,说明两个变 量之间无相关。
[是两个变量X，Y的"一致性"测量。
[0015] 信噪比计算测试方法是使用富立叶变换或小波变换消除噪声实现的，信噪比计算
式中X是原始信号，T(X)是变换后的信号；如果主 要考虑低频和高频噪声，不考虑有效频带内的噪声，信噪比计算直接用公式
如果考虑随机噪声的存在，则可以先计算随机噪声的分布密度，然后把随机噪声的能 量从信号能量中去除，信噪比计算用公式
[0016] 当f、f为除不尽的小数时，积差相关系数的计算公式为
，式中SXY为两个变量X与Y每对变量值的乘积之 和；XX为X变量的变量值的总和；2 Y为Y变量的变量值的总和；2X2为X变量的变量值的平 方和；2 Y2为Y变量的变量值的平方和。
[0017] 所述傅立叶变换公式
j = 〇，l..N_l，是离散傅里叶变换的快速算 法，也可用于计算离散傅里叶变换的的逆变换。快速傅里叶变换有广泛的应用，如数字信号 处理、计算大整数乘法、求解偏微分方程等等。
[0018]小波，即小区域的波，是一种特殊的、长度有限、平均值为0的波形，它有两个显著 特点：一是在时域都具有紧支集或近似紧支集;二是正负交替的波动性，小波分析是将信号 分解成一系列小波函数的叠加，而这此小波函数都是由一个母小波通过平移和尺度伸缩得 来的。小波变换去燥计算公式为，若待分析信号f(t)为能量有限的一维函数，即f(t)EL 2 (R)，则其连续小波变换定义为：
相应的重构公式(小波逆变换)为：
式中称a为尺度因子，b为平移因子，W(t)为母小波。尺度因子a越高对应的信息频率越 低。
[0019]非线性阈值处理方法又称"小波收缩"法，该方法的基本原理是基于了小波变换的 "集中"能力，即通过小波变换后有用信号的能量集中于少数小波系数上;而白噪声在小波 变换域上仍然分散在大量小波系数之上。因而相对来说，有用信号的小波系数值必然大于 那些能量分散，且幅值较小的噪声的小波系数值;采用非线性阈值处理方法将小波变换后 有用信号的能量集中于少数小波系数，选择合适的正交小波基和分解层数J，对含噪信号进 行小波变换分解到J层;对分解得到的小波系数进行阈值处理，硬阈值法保留较大的小波系 数并将较小的小波系数置零，
软阈值法将较小的小波系数置零，而对较大的小波系数向零进行了收缩，计算公式为
'0
[0020] 本发明基于QT程序的0BS性能和技术指标测试方法，用于检测0BS海底地震仪在投 入使用前多台0BS接收同一震源数据在波形和时间上是否一致、0BS海底地震仪的检波器是 否能够接收足够丰富的频谱信息、0BS设备采集数据的背景噪音统计和信噪比是否达到要 求。
[0021] 对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各 种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范 围之内。
【主权项】
1. 基于QT程序的OBS性能和技术指标测试方法，其特征在于:包括波形一致性测试方法 和信噪比计算测试方法，波形一致性测试是通过积差相关系数计算方法实现的，积差相关 系数的计算基本公式式中r为积差相关系数，n为成对数据的对数;X，f分别表示变量X与Y的平均数;(X-夏) 表示X变量的离差，- f)表示Y变量的离差； 信噪比计算测试方法是使用富立叶变换或小波变换消除噪声实现的，信噪比计算基 本公式'式中X是原始信号，T(X)是变换后的信号；如果主 要考虑低频和高频噪声，不考虑有效频带内的噪声，信噪比计算直接用公式如果考虑随机噪声的存在，则可以先计算随机噪声 的分布密度，然后把随机噪声的能量从信号能量中去除，信噪比计算用公式2. 如权利要求1所述的基于QT程序的0BS性能和技术指标测试方法，其特征在 于：当1、F为除不尽的小数时，积差相关系数的计算公式为=，式中2 XY为两个变量X与Y每对变量值的乘积之和； S X为X变量的变量值的总和；2 Y为Y变量的变量值的总和；2 X2为X变量的变量值的平方 和；2 Y2为Y变量的变量值的平方和。3. 如权利要求1所述的基于QT程序的0BS性能和技术指标测试方法，其特征在于:所述 傅立叶变换公式为4. 如权利要求1所述的基于QT程序的0BS性能和技术指标测试方法，其特征在于:所述 小波变换去燥计算公式为，若待分析信号f(t)为能量有限的一维函数，即f(t)GL 2(R)，则 其连续小波变换定义< 相应的重构公式为 式中称a为尺度因子，b为平移因子，W(t)为母小:， 波，尺度因子a越高对应的信息频率越低。5.如权利要求4所述的基于QT程序的OBS性能和技术指标测试方法，其特征在于:采用 非线性阈值处理方法将小波变换后有用信号的能量集中于少数小波系数，选择合适的正交 小波基和分解层数J，对含噪信号进行小波变换分解到J层;对分解得到的小波系数进行阈 值处理，硬阈值法保留较大的小波系数并将较小的小波系数置零，计算公式为软阈值法将较小的小波系数置零，而对较大的小波系数 向零进行了收缩，计算公式
【文档编号】G01V13/00GK106054280SQ201610302304
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】王伟巍, 伍忠良, 赵庆献, 董广, 朱世华, 罗跃逸, 郝小柱
【申请人】广州海洋地质调查局, 广州威拓电子科技有限公司