横向连续性保持的自适应经验小波变换算法研究

时频分析方法作为分析与处理非平稳信号的有力工具,一直是现代信号处理领域研究的热点。经验小波变换(Empirical Wavelet Transform,EWT)结合了经验模态分解与小波变换的优势,能够自适应地提取信号中调频-调幅分量。本文对经验小波变换原理进行了研究,为了解决经验小波变换在处理复杂信号时存在的问题,将数学形态学与经验小波变换结合,进一步建立了横向连续性保持的经验小波算法,并用实际的地震资料对效果进行了验证。

基于连续横向枝节的波束扫描天线研究进展

近年来空天地技术飞速发展,大量不同轨道卫星与地面各种移动载体的实时高质量无线通信要求天线具有波束扫描性能,且易共形、重量轻、成本低、功耗小。与反射面和相控阵天线相比,基于平行板波导(Parallel Plate Waveguide,PPW)的连续横向枝节(Continuous Transverse Stub,CTS)天线较易于满足诸多要求。文章首先阐述了CTS天线及其扫描工作原理;然后对机扫和频扫天线的研究进展分别做了分析和总结,实现俯仰面机扫的方法有三种:移动馈源、可变倾角CTS天线和旋转加载在CTS天线上方的相移超表面。同时,整体旋转天线阵列还可进行方位面扫描,即实现二维机械扫描。最后指出CTS波束扫描天线所面临的问题、挑战和下一步研究方向。

高功率微波径向线连续横向枝节阵列天线设计

为了实现Ku波段高功率微波的定向发射,研究并设计了新型高功率径向线连续横向枝节阵列天线。该天线采用圆极化同轴TE11模式进行馈电,经双层径向线波导传输后,通过连续横向枝节单元向外辐射。天线工作在驻波模式,相邻两圈缝隙的径向间距为一个波导波长,在上层径向线末端放置短路金属杆,金属杆表面到最内侧缝隙的径向间距为半个波导波长,整个天线具有较高的增益和功率容量。仿真研究了一个工作在14.25 GHz的天线,天线的高度为80 mm,半径为285 mm。仿真结果表明:该天线具有35.3 dBi的增益和47%的口径效率,反射系数小于-25 dB,辐射效率超过99.0%,同时具有吉瓦级的功率容量。

自适应时窗多道相关的叠后地震波阻抗反演方法

目前提高反演横向连续性的主要手段仍是基于模型参数先验信息假设的正则化方法,当先验信息与实际情况矛盾时,正则化方法会出现问题。为此,基于多道反演理论和方法,提出一种自适应时窗多道相关的叠后地震波阻抗反演方法。首先,利用主动学习的思想,通过查询原始地震数据筛选地震数据关键特征的位置;其次,根据上述位置将地震数据划分为不同尺度的时窗,有助于断层信息保护以及异常体边界识别;再次,根据点乘计算自适应时窗内地震道之间的相关性;最后,通过“加权求和”地震道得到重构地震道——反演目标泛函的约束条件。所提方法借助主动学习以及地震数据局部相关的思想,较好地反映了自适应时窗内的多道间的相关性,并且可并行化处理。模型测试和实际数据测试表明,所提方法反演结果的横向连续性较好,且可以兼顾特殊构造信息,但计算效率较低,在浅、深层速度差异较大的区域存在一定局限性,适用于具有特殊构造的狭小地区。

带有横向约束的全局优化波阻抗反演方法及应用

地震波阻抗反演是一种基于地震数据得到波阻抗参数的非线性优化问题。不依赖于目标函数梯度信息的全局优化算法是求解地震波阻抗反演问题的有效方法。然而这类方法采用逐道反演的策略,忽略了相邻地震道的空间相关性,导致反演结果的横向连续性差。针对该问题,提出了一种融入旁道最优解的模型空间初始化方法约束波阻抗反演的搜索空间范围,以改善反演结果的横向连续性,进而提出了一种带有横向约束的多组变异差分进化地震波阻抗反演方法。合成地震记录算例表明,该方法相比于传统方法不仅具有更快的收敛速度,而且反演结果具有更好的横向连续性。此外,该方法被应用于胜利油田某区块的储层波阻抗参数反演,反演结果与测井资料有很好的一致性,且有效地刻画了储层砂岩厚度。

纵向和横向同时约束AVO反演

为了提高AVO(amplitude versus offset)反演结果的精度和横向连续性,本文提出了一种新的AVO反演约束方法,该方法结合贝叶斯原理和卡尔曼滤波算法实现了对反演参数纵向和横向的同时约束.文章首先结合反演参数的纵向贝叶斯先验概率约束和反演参数的横向连续性假设建立了与卡尔曼滤波算法对应的AVO反演系统的数学模型,然后将该数学模型代入卡尔曼滤波算法框架,利用卡尔曼滤波算法实现了双向约束AVO反演.二维模型测试和实际数据测试结果表明,相对于单纯的纵向贝叶斯先验概率约束,双向约束能更准确地刻画参数的横向变化,得到更准确、横向连续性更好的反演结果.

横向约束分步叠前弹性参数反演

针对部分实际地震资料信噪比分辨率不高、PP波反演结果不稳定、反演过程不适定等问题,提出了横向约束分步叠前弹性参数反演方法。首先利用Stewart的PP波和PS波反射系数近似式得到纵、横波速度信息;然后将获得的纵、横波速度作为已知背景项代入传统的Aki-Richards PP波三参数反射系数近似式,并在卡尔曼横向约束下进行AVO反演获得密度信息。理论分析及模型测试结果表明,横向约束分步叠前弹性参数反演改善了三参数AVO反演不稳定的问题,在一定程度上压制了噪声,提高了密度等参数的反演精度。实际资料测试结果表明,在纵、横波角道集同相轴匹配一致的前提下,横向约束分步叠前弹性参数反演能获得较好的应用效果,反演的密度和纵波速度剖面很好地反映了储层特征。

一种基于脊间隙波导的宽频带馈电线源设计

设计了以脊间隙波导(RGW)功分网络为基本结构的宽频带馈电线源,该线源可用以激励平行板波导中的准TEM模式波,并用作宽带连续横向枝节(CTS)天线的馈电结构。首先对RGW阻带和单模带宽特性进行分析,以确定RGW的结构参数;进一步研究了宽带1分2功分器的设计方法、RGW模式到平行板波导模式的过渡结构方案;借助多级阻抗匹配和感性金属柱加载技术,实现了低反射等功率分配,以及输出端口到平行板波导的宽带匹配;最后将各分级结构级联得到1分8 RGW网络线源。对宽频带馈电线源进行了样机加工、装配和测试,在12 GHz~22 GHz频率范围内,其反射系数低于-15 dB,实测方向图与等幅同相均匀线源方向图吻合度很高,证明该馈电线源幅相一致性优异,是一种高效率的CTS天线馈电线源。

波导不连续的模匹配研究

本文重点介绍了横向不连续波导的模匹配公式及其具体应用。为求解各种波导阶梯、膜片等问题提供了简单、精确的计算方法。

二维短时傅里叶变换及其在地震资料中的应用

在油气勘探领域中,针对横向变化快的地质体仅用短时傅里叶变换是无法准确捕捉到地层的横向信息。因此,文章中引入二维短时傅里叶变换对地震剖面进行处理,通过在空间域中引入波数,保证了横向的连续性,进而得到地震信号在时间-频率-空间-波数域上的时空表征,不仅可以精细刻画储层的形态,同时保留了信号的重构性能。模拟信号和实际资料的结果更好地验证了二维短时傅里叶变换可以有效解决地层横向连续性的问题。

连续横向扫查结合连续冠状扫查对胎儿双主动脉弓的诊断价值

目的探讨连续横向扫查(CTS)结合连续冠状扫查(CCS)方法在胎儿右位主动脉弓合并镜像分支(MB-RAA)与胎儿双主动脉弓(DAA)鉴别诊断中的价值。方法采用队列研究方法,对2017年1月至2020年2月北京大学人民医院经产前超声CTS方法诊断的42例MB-RAA及DAA胎儿,利用CTS结合CCS方法复核上述诊断。随访至胎儿引产或出生后。采用McNemar检验比较CTS与CTS结合CCS方法对胎儿DAA的诊断准确率差异。结果采用CTS方法诊断MB-RAA胎儿39例(孤立性22例,合并心内畸形者15例,合并心外畸形者6例,其中合并心内、外畸形病例存在重叠),DAA胎儿3例(均未发现心内心外其他结构异常);采用CTS结合CCS方法复核,最终诊断MB-RAA胎儿32例,DAA胎儿10例(包括7例CTS方法诊断为孤立性MB-RAA者)。引产13例,足月分娩29例(包括10例产前诊断为DAA,17例产前诊断为孤立性MB-RAA,1例MB-RAA合并法洛四联症,1例MB-RAA合并轻度脑室增宽)。随访至胎儿出生后:1例MB-RAA合并法洛四联症胎儿出生后手术治疗,术中证实诊断;1例MB-RAA合并轻度脑室增宽及16例孤立性MB-RAA均无压迫症状;另1例孤立性MB-RAA出生后6个月出现喘鸣,行CT检查诊断为DAA,并行手术治疗;10例产前诊断为DAA的新生儿,2例出生后出现压迫症状行手术治疗,8例复查超声或CT均证实DAA,无压迫症状暂时观察。CTS结合CCS方法产前诊断DAA的诊断准确率高于CTS方法(10/42 vs 3/42),且差异具有统计学意义(P=0.016)。结论CTS结合CCS方法能提高产前超声诊断DAA的准确率,有助于DAA与MB-RAA的鉴别诊断。

基于矩阵Toeplitz稀疏分解的相对波阻抗反演方法

针对利用地震道进行相对波阻抗反演中遇到的横向连续性难以保持、初始子波容错度差以及随机噪声干扰影响反演结果等问题,提出了一种基于矩阵Toeplitz稀疏分解的相对波阻抗反演方法.该方法将地震数据剖面的Toeplitz稀疏分解问题分解为两个子反演问题,其一以Toeplitz子波矩阵元素为待反演的参数,用Fused Lasso方法求解,可保证子波具有紧支集且是光滑的;其二以稀疏反射系数矩阵元素为待反演参数,用基于回溯的快速萎缩阈值迭代算法求解,大大降低了目标函数中参数选择的难度.通过交替迭代求解上述两个子反演问题可将地震数据剖面因式分解为一个Toeplitz子波矩阵和一个稀疏反射系数矩阵;然后由反射系数矩阵递推反演可以得到高分辨率的相对波阻抗剖面;利用测井资料加入低频分量后,也可得到高分辨率的绝对波阻抗剖面.Marmousi2模型生成的合成记录算例和实际地震资料算例均表明:本文方法可以从带限地震数据中有效地反演相对波阻抗,反演结果分辨率高并且能够很好地保持地震数据的横向连续性;即使在初始估计子波存在误差和地震数据被随机噪声污染的情况下也能取得较好的效果.

模型约束基追踪反演方法

基于反射系数奇偶分解的基追踪反演方法,补充了地震资料中所缺失的低频与高频信息,较好地提高了反演结果对地层的分辨能力。但仅仅使用稀疏约束加入的低频信息缺乏合理性,可能与工区的实际地质情况不符,需要进一步改善反演结果的横向连续性。因此,提出在基追踪反演目标函数中加入模型约束,得到模型约束的基追踪反演目标函数,并使用梯度投影稀疏重构(Gradient Projection for Sparse Reconstruction,GPSR)算法进行求解。模型约束的加入增强了反演的稳定性,使得反演结果中的低频信息更加符合工区实际地质背景信息,并且能够改善反演结果的横向连续性。楔形模型和实际数据测试结果表明,模型约束基追踪反演方法不仅保持了基追踪反演的稀疏性,地层阻抗呈现块化,反射界面刻画清晰,而且反演方法更为稳定,反演结果的横向连续性得到了改善,从而验证了该方法的可行性。

地震数据互相关驱动的多道反演方法

地震反演是储层定量描述和地震油气识别的关键技术,反演结果在复杂构造区域的横向连续性和保真性是影响地震资料定量解释精度的重要因素.基于此,本文发展了地震数据互相关驱动的多道反演方法.考虑地层反射系数与地震数据在结构上具有相似性的特点,基于地震数据互相关描述地层反射系数的结构特征,并将其作为多道地震反演的横向约束条件;此外,为改善地震数据本身横向连续性差对反演结果的影响,在目标泛函的惩罚项中引入局部优化算子,构建了一个易于求解的多道地震反演目标泛函.与常规多道地震反演方法相比,本文方法能够设计更合理、更符合实际情况的横向约束算子,提高反演结果的横向连续性,并且能有效降低地震资料质量对反演结果的影响.模型测试和实际应用验证了本方法的可靠性和稳定性.

横纵向组合的卡尔曼地震资料迭代滤波方法

地震资料信噪比较低和横向连续性较差,会导致地震资料解释中层位追踪和断裂刻画的多解性。为提高地震资料的信噪比和横向连续性,文中提出一种横纵向组合的卡尔曼地震资料高效滤波方法。该方法以卡尔曼滤波算法为基础,构建了对地震资料在横向(空间)和纵向(时间)上先后迭代处理的组合滤波模式,即首先对地震资料按道方向进行4N次改进的横向地震卡尔曼滤波,再在时间方向进行N次改进的纵向地震卡尔曼滤波,最终以此横、纵向滤波次数比例进行多轮次组合滤波。相较于一般平滑滤波、单一横向或单一纵向卡尔曼滤波,该方法具有更高的滤波精度和效率;针对Marmousi2理论模型和实际数据的测试结果均体现出该方法的有效性和实用性。

基于抛物面反射器馈电的多波束CTS阵列天线设计

本文设计了一种工作于Ku频段的多波束连续横向枝节(CTS)阵列天线,该天线通过切换馈电端口实现多波束扫描。该天线主要由抛物面反射器波束成形网络(BFN,beamforming networks)以及CTS辐射枝节两个部分构成,结构简单,采用PCB(印刷电路板)工艺制作。其中抛物面反射器波束成形网络包括基于SIW的H面扇形馈电喇叭以及抛物面反射器平面波转换结构;辐射部分为串馈CTS天线,通过预偏20°实现H面正方向波束扫描。天线工作在12.5GHz,通过改变馈电喇叭可实现0°-60°的大扫描角度。

基于稀疏反演的多道匹配追踪地震信号去噪方法及其应用

基于超完备子波库的单道匹配追踪方法在自适应分解地震道时未能分离有效信号和噪声,故难以直接、准确地去除噪声。为此提出了基于稀疏反演的多道匹配追踪去噪方法,以多个连续地震道为研究对象,首先采用多方向矢量中值滤波法计算同相轴倾角,以中间道为标准将同相轴校正后再水平叠加;然后采用基于基追踪降噪的稀疏反演方法分解叠加道,选择与叠加道中有效信号匹配的子波作为中间道匹配追踪分解的子波库;最后根据其它道相对中间道的校正量,对中间道匹配追踪分解的子波库进行反校正,分别构建各道匹配追踪分解的子波库。将基于有效信号匹配子波构建的子波库代替超完备子波库,在搜寻最佳匹配子波时选择性地提取地震道中有效信号,可直接分离有效信号和噪声。单道信号测试结果验证了该方法去除噪声的可行性;合成和实际地震数据应用结果表明,该方法相较于单道匹配追踪方法具有更好的去噪效果,且去噪后剖面的横向连续性更好。

基于空间近似概率约束的混合密度网络砂体厚度预测

利用地震数据估计储层参数具有不确定性。传统神经网络等方法可视为一个复杂函数,不适用于不确定性问题。针对这一问题,以砂体厚度预测为例,提出了一种基于空间近似概率约束的混合密度网络储层参数预测方法。首先,通过混合密度网络获得地震道储层参数“观测”概率分布;然后,根据地下介质的空间横向渐变性假设,获得地震道储层参数“估计”概率分布;最后,将两种概率分布融合,选取融合后概率分布的期望作为储层参数最优估计。建立了理论模型,测试了BP神经网络、混合密度网络以及所提方法在不同数量训练样本条件下的预测效果,结果表明,随着训练样本的减少,3种方法准确度均下降,但是,在相同数量训练样本下本方法的预测效果更好。X工区的实际应用结果与模型测试结果相一致,综合判断基于空间近似概率约束的混合度网络储层参数预测方法具有良好的应用潜力。

改进梁格法在既有双幅简支T梁结构分析中的应用

传统的梁格法难以考虑左右幅简支T梁桥因桥面铺装横向连续作用下的荷载传递问题。从桥面铺装的横向荷载传递机理出发,研究了荷载沿桥面铺装的横向传递过程,提出了一种改进的梁格法。在传统的空间梁格模型中加入板单元来模拟桥面铺装,通过梁单元与板单元节点间合理的约束耦合来模拟荷载横向传递。通过对某一既有双幅简支T梁桥进行实桥建模受力分析和静载试验,并对理论值和实测值进行对比分析,得出了与实际情况较为符合的结论、验证了改进梁格法的正确性,可为同类型桥梁分析提供参考。

岩性体边界与断裂异常信息识别研究及应用

岩性和断裂共同控制的油气藏中,岩性体边界和断裂的识别对于油气勘探及开发都具有极其重要的意义。目前,识别岩性体边界和断裂分布主要采用基于地震资料的横向不连续性检测方法,岩性突变和断裂均可导致地震波同相轴在横向上的不连续性,其检测结果难以区分哪些异常信息代表岩性体边界,哪些异常信息代表断裂。层面曲率属性技术对断裂和细微构造特征具有较好的指示作用,对岩性体边界不敏感。基于这2种方法各自的优缺点,提出层面曲率属性技术与地震资料横向不连续性检测技术相结合来识别断裂和岩性体边界异常信息。模型分析表明,提出的方法能对解释工区内断裂和岩性体边界异常进行有效区分,在实际生产应用中已取得良好效果,提高了断裂和岩性体边界识别和区分的精度。