DE-102011084526-B4 - VERARBEITUNGSVERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUM SIMULIEREN UND HINZUFÜGEN VON RAUSCHEN ZU DIGITALEN SIGNALEN

Abstract

Signalverarbeitungsverfahren zum Simulieren und Hinzufügen von Rauschen zu digitalen Signalen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst: Schritt 1: Sammeln der Ziel-Digitalsignale oder Ziel-Digitalsignalspuren, welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen sind; Schritt 2: Erzeugen der Weißes-Rauschen-Signale oder Weißes-Rauschen-Signalspuren; Schritt 3: Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen und den Weißes-Rauschen-Signalen, um Farbänderndes-Rauschen-Signale zu erzeugen, oder Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren und den Weißes-Rauschen-Signalspuren, um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu erzeugen; Schritt 4: Hinzufügen der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signale zu den Ziel-Digitalsignalen, oder Hinzufügen der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu den Ziel-Digitalsignalspuren.

Inventors

• Zhicheng Liu
• Qinyong Yang
• Jin'e Xie
• Xinbiao Duan
• Wuliang Sun

Assignees

• CHINA PETROLEUM & CHEMICAL CORPORATION
• SINOPEC GEOPHYSICAL RESEARCH INSTITUTE

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20111014

Priority Date

20101015

Claims (15)

1. Signalverarbeitungsverfahren zum Simulieren und Hinzufügen von Rauschen zu digitalen Signalen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst: Schritt 1: Sammeln der Ziel-Digitalsignale oder Ziel-Digitalsignalspuren, welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen sind; Schritt 2: Erzeugen der Weißes-Rauschen-Signale oder Weißes-Rauschen-Signalspuren; Schritt 3: Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen und den Weißes-Rauschen-Signalen, um Farbänderndes-Rauschen-Signale zu erzeugen, oder Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren und den Weißes-Rauschen-Signalspuren, um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu erzeugen; Schritt 4: Hinzufügen der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signale zu den Ziel-Digitalsignalen, oder Hinzufügen der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu den Ziel-Digitalsignalspuren.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass Schritt 3 ferner aufweist: Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t) und den Weißes-Rauschen-Signalen N(t), um Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) zu erzeugen, oder Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren S i (t) oder den Weißes-Rauschen-Signalspuren N i (t), um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N i ∧ ( t ) , zu erzeugen, wobei t die Zeit repräsentiert und i die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass Schritt 3 ferner umfasst: Durchführen einer Fourier-Transformation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t) oder den Ziel-Digitalsignalspuren S i (t), um Ziel-Digital-Frequenzbereichsignale S(ω) oder Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalspuren S i (ω) zu erlangen; Durchführen einer Fourier-Transformation auf den Weißes-Rauschen-Signalen N(t) oder den Weißes-Rauschen-Signalspuren N i (t), um Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignale N(w) oder Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalspuren N i (ω) zu erlangen; wobei t die Zeit repräsentiert, i die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert und ω die Frequenz repräsentiert.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , dass Schritt 3 ferner umfasst: Durchführen einer Multiplikationsoperation auf den Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalen S(ω) und den Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalen N(w), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereichsignale N^(ω) zu erzeugen, oder Durchführen einer Multiplikationsoperation auf den Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalspuren S i (ω) und den Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalspuren N i (ω), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren N i ( ω ) zu erzeugen; Durchführen einer Invers-Fourier-Transformation auf den Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereichsignalen N^(ω) oder den Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren N i ( ω ) , um die Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) oder die Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N i ( t ) zu erlangen; wobei t die Zeit repräsentiert, i die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert, und ω die Frequenz repräsentiert.
5. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Verarbeitung des Hinzufügens von Farbänderndes-Rauschen-Signalen, wie in Schritt 4 beschrieben, entsprechend der folgenden Gleichung durchgeführt wird: S ( t ) = S ( t ) + μ N ( t ) wobei µ den Proportionalitäts-Koeffizienten repräsentiert und t die Zeit repräsentiert.
6. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Verarbeitung des Hinzufügens von Farbänderndens-Rauschen-Signalen, wie in Schritt 4 beschrieben, entsprechend der folgenden Gleichung durchgeführt wird: S i ( t ) = S i ( t ) + μ N i ( t ) wobei die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert, µ den Proportional-Koeffizienten repräsentiert und t die Zeit repräsentiert.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Ziel-Digitalsignalspuren die Signalspuren von multidimensional gefilterten seismischen Daten sind.
8. Einrichtung zum Simulieren und Hinzufügen von Rauschen zu Digitalsignalen, dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtung umfasst: ein Eingabemittel (101) zum Eingeben der Ziel-Digitalsignale oder Ziel-Digitalsignalspuren, welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen sind; ein Weißes-Rauschen-Erzeugungsmittel (102) zum Erzeugen von Weißes-Rauschen-Signalen oder Weißes-Rauschen-Signalspuren; ein Farbänderndes-Rauschen-Erzeugungsmittel (103), welches mit dem Eingabemittel (101) und dem Weißes-Rauschen-Erzeugungsmittel (102) gekoppelt ist, und konfiguriert ist, um eine Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen und den Weißes-Rauschen-Signalen durchzuführen, um Farbänderndes-Rauschen-Signale zu erzeugen oder, um eine Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren und den Weißes-Rauschen-Signalspuren durchzuführen, um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu erzeugen; und ein Rauschen-Hinzufügeverarbeitungsmittel (104), welches mit dem Eingangsmittel (101) und dem Farbänderndes-Rauschen-Erzeugungsmittel (103) gekoppelt ist, konfiguriert ist, um die erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signale zu den Ziel-Digitalsignalen zu hinzuzufügen, oder, um die erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu den Ziel-Digitalsignalspuren hinzuzufügen.
9. Einrichtung nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , dass das Farbänderndes-Rauschen-Erzeugungsmittel (103) ferner konfiguriert ist, um eine Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t) oder den Weißes-Rauschen-Signalen N(t) durchzuführen, um die Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) zu erzeugen, oder, um eine Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren S i (t) und den Weißes-Rauschen-Signalspuren N i (t) durchzuführen, um die Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N i ( t ) zu erzeugen, wobei t die Zeit repräsentiert und i die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert.
10. Einrichtung nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , dass das Farbänderndes-Rauschen-Erzeugungsmittel (103) ferner konfiguriert ist zum: Durchführen einer Fourier-Transformation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t) oder den Ziel-Digitalsignalspuren S i (t), um Ziel-Digital-Frequenzbereichsignale S(ω) oder Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalspuren S i (ω) zu erlangen; und Durchführen einer Fourier-Transformation auf den Weißes-Rauschen-Signalen N(t) oder den Weißes-Rauschen-Signalspuren N i (t), um Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignale N(ω) oder Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalspuren N i (ω) zu erlangen; wobei t die Zeit repräsentiert, i die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert, und ω die Frequenz repräsentiert.
11. Einrichtung nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet , dass das Farbänderndes-Rauschen-Erzeugungsmittel (103) ferner konfiguriert ist zum: Durchführen von Multiplikationsoperation auf den Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalen S(ω) und den Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalen N(w), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signale N^(ω) zu erzeugen, oder Durchführen von Multiplikationsoperation auf den Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalspuren S i (ω) und den Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalspuren N i (ω), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren N i ( ω ) zu erzeugen; und Durchführen einer Invers-Fourier-Transformation auf den Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalen N^(ω) oder den Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren N i ( ω ) , um die Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) oder die Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N i ( t ) zu erlangen, wobei t die Zeit repräsentiert, i die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert, und ω die Frequenz repräsentier t.
12. Einrichtung nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet , dass das Rauschen-Hinzufügeverarbeitungsmittel (104) ferner konfiguriert ist, um die Rausch-Hinzufügeverarbeitung nach der folgenden Gleichung durchzuführen: S^(t) = S(t) + µN^(t) wobei S(t)das Ziel-Digitalsignal ist, welches der Rauschen-Zufügeverarbeitung zu unterziehen ist, N^(t) das Farbänderndes-Rauschen-Signal ist, S^(t) das Rausch-Hinzugefügte-Digitalsignal ist, µ den Proportional-Koeffizienten repräsentiert, und t die Zeit repräsentiert.
13. Einrichtung nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet , dass das Rausch-Hinzufügeverarbeitungsmittel (104) ferner konfiguriert ist, um die Rausch-Hinzufügeverarbeitung nach der folgenden Gleichung durchzuführen: S i ( t ) = S i ( t ) + μ N i ( t ) , wobei S i (t) die Ziel-Digitalsignalspur ist, N^(t) die Farbänderndes-Rauschen-Signalspur ist, S i ( t ) die Rausch-Hinzugefügte-Digitalsignalspur ist, i die Sequenzzahl der Signalspur repräsentiert, µ den Proportional-Koeffizienten repräsentiert, und t die Zeit repräsentiert.
14. Einrichtung nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , dass die Ziel-Digitalsignalspuren die Signalspuren von multi-dimensional gefilterten seismischen Daten sind.
15. Einrichtung nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , dass die Einrichtung zum Simulieren und Hinzufügen von Rauschen zu den multi-dimensional gefilterten Digital-seismischen-Signalen während einer Verarbeitung der seismischen Wellen verwendet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Digitalsignalverarbeitung, im Speziellen ein Verarbeitungsverfahren und Einrichtung zum Simulieren und Hinzufügen von Rauschen (Engl.: noise) zu digitalen Signalen in dem Gebiet der Digitalsignalverarbeitung, wie z.B. dem Gebiet elektronischer Information (Engl.: electronic information), Kommunikation (im Speziellen Drahtlos-Kommunikation), Biomedizinische-Wissenschaften, Bildverbesserung, Radar und geophysikalische Signalverarbeitung (insbesondere für die seismische Datenverarbeitung). HINTERGRUND DER ERFINDUNG Im Bereich der digitalen Signalverarbeitung, sowie dem Gebiet der geophysikalischen Signalverarbeitung (insbesondere die seismische Datenverarbeitung), elektronische Information, biomedizinischen Wissenschaften, Radar, Kommunikation und Bildverarbeitung und so weiter, wird das Hinzufügen von Rauschen (Engl.: adding noise) zu digitalen Signalen im Allgemeinen für die Signalsimulationsverarbeitung (Engl.: signal simulating processing) benötigt. Zum Beispiel ist es während seismischer Datenverarbeitung im Allgemeinen notwendig, Rauschen zu unterdrücken, um das Signal-zu-Rauschverhältnis zu verbessern. Insbesondere für regelmäßiges Rauschen (Engl.: regular noise), wie z.B. Mehrwellen ((Engl.: multiple wave), Streuwellen und Oberflächenwellen etc., müssen diese im Normalfall durch Anwenden eines multidimensionalen Filterungsverfahrens eliminiert oder unterdrückt werden. Jedoch können multidimensional Filterungsverfahren einen Aliasing-Effekt verursachen und eines der Ergebnisse, die durch den Effekt verursacht werden, ist, dass der Ausgangszeitabschnitt (Engl.: output time section) zu unflexibel ist. Folglich ist es hochrelevant, Simulationen und Rausch-Hinzufügeverarbeitung (Engl.: noise-adding processing) auf der nach einer multi-dimensionalen Filterung gewonnen Spursammlung (Engl.: trace gathers) durchzuführen. Die existierenden Digitalsignal-Rauschhinzufügeverfahren können in zwei Typen unterteilt werden, wobei eines das Hinzufügen von weißen Rauschen bzw. von Weißrauschen zu digitalen Signalen, und das andere das Hinzufügen farbigen Rauschens bzw. Farbrauschens (Engl.: colored noise) zu digitalen Signalen ist. Das weiße Rauschen bezieht sich auf Random-Rauschverfahren, dessen Leistungsdichte (Engl.: power density) eine Konstante in einem unbegrenzten Frequenzbereich ist, und die Eigenschaften eines Samples (Engl.: sample) unkorreliert mit jedem anderen ist, was das stochastische Verhalten von Signalen zu einem gewissen Grad repräsentiert. Das farbige Rauschen bezieht sich auf Random-Rauschsignale, dessen Leistungsdichte mit den Signalfrequenzen variiert, und es kann entsprechend der Sensitivität zu bzw. in verschiedenen Bereichen identifiziert werden. Das bekannte farbige Rauschen beinhaltet rosa Rauschen, rotes Rauschen, oranges Rauschen, blaues Rauschen, violettes bzw. lila Rauschen, graues Rauschen, braunes Rauschen und schwarzes Rauschen (statistisches Rauschen). Zur Zeit sind Studien über Rauschen in dem Feld der digitalen Signalverarbeitung immer noch in der Stufe des Identifizierens von Rauschen, während die Studien über die Synthese von neuem Rauschen fast blank sind. Wie zuvor beschrieben, ist die Rauschen-Hinzufügeverarbeitung im Stand der Technik normalerweise das Hinzufügen weißen Rauschen oder farbigen Rauschens zu den Zielsignalen oder Signalspuren (Engl.: signal traces). Speziell ist, im Stand der Technik,Si'(t)die rausch-hinzugefügte Signalspur (Engl.: noise-added signal trace), die durch direktes Addieren von weißen Rauschen-Signalspuren (Engl.: white noise Signal traces) zu den Zielsignalspuren (Engl.: target signal traces) erlangt wird, was eines der gewöhnlichen Rauschhinzufügeverfahren ist (3 und 8 zeigen den Zeitabschnitt bzw. das Spektrum der Rauschen-hinzugefügten Signalspursammlung (Engl.: noise-added Signal trace gather)). Es hat einen allgemeinen Ausdruck vonSi'(t)=Si(t)+μN1(t),wobei Si(t) die Zielsignalspur ist, welche der Rauschhinzufüge- und Simulationsverarbeitung zu unterziehen ist (1 und 6 zeigen den Zeitabschnitt (Engl.: time section) bzw. das Spektrum der Zielsignalspursammlung (Engl.: target signal trace gather)), Ni(t) ist die Signalspur weißen Rauschens bzw. die Weißes-Rauschen-Signalspursammlung (2 und 7 zeigen den Zeitabschnitt (Engl.: time section) bzw. das Spektrum der Weißes-Rauschen-Signalspursammlung), µ repräsentiert den Proportionalitätskoeffizienten (Engl.: proportionality coefficient), t repräsentiert die Zeit und i repräsentiert die Sequenznummer bzw. Sequenzzahl der Signalspur. Es kann aus 3 und 8 gesehen werden, dass das Rausch-Hinzufügeverfahren bzw. das Rauschen-Hinzufügeverfahren des direkten Addieren weißen Rauschens zu dem Zielsignal oder Signalspuren das Original-Wellenformsystem nicht reflektieren oder wiederherstellen kann, womit es einen geringen Simulationsgrad aufweist. Ähnlich kann das Rausch-Hinzufügeverfahren des direkten Addierens bzw. Hinzufügens farbigen Rauschens