基于拟合窗函数的地震矢量波场数值模拟方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于拟合窗函数的地震矢量波场数值模拟方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质，涉及地震勘探技术领域。该方法包括：基于余弦组合窗、切比雪夫窗以及权重窗函数构建目标窗函数；根据所述目标窗函数对伪谱法的空间褶积序列进行截断，得到优化的有限差分算子；根据所述优化的有限差分算子对地震矢量波场进行数值模拟。本发明专利技术利用余弦组合窗、切比雪夫窗函数以及权重窗函数构建目标窗函数，利用该目标窗函数截断伪谱法的空间褶积序列，得到一种优化的有限差分算子，利用该有限差分算子进行地震矢量波场数值模拟，提高地震矢量波场数值模拟的精度与效率。

【技术实现步骤摘要】
基于拟合窗函数的地震矢量波场数值模拟方法及系统
本专利技术关于地震勘探
，特别是关于地震矢量波场的数值模拟技术，具体的讲是一种基于拟合窗函数的地震矢量波场数值模拟方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质。
技术介绍
作为一种较常使用的数值模拟方法，有限差分算法因为编程简单、易实现，适用于大规模计算集群的并行应用，得到了广泛的应用。研究精度和效率更高的有限差分算法，就可以获得精度更高的地震波场数值模拟结果，更好地服务于后期成像，反演和解释的需要。有限差分算法的本质就是用差分算子近似微分算子，这种近似，势必会导致引入数值频散。针对数值频散，现行主流有两种方法去优化有限差分算法，提高算法精度，其一是最优化方法，其二是窗函数法。这两种方法的目的是一致的，都是为了在给定的最小逼近误差限内，求得优化的有限系数，使优化的有限差分算子有最大的谱覆盖范围，这样，就可以实现两个目标：其一，优化的有限差分算子可以用较小的阶数实现常规有限差分算子较高阶数的精度，有效节省计算资源。其二，优化的有限差分算子可以有相对大步长的稳定性，因为相比常规有限差分算子，任何优化手段，都会导致每个步长的逼近误差增加，易造成大步长的不稳定性。因此，寻求一种新的有限差分优化方法，能够使优化后的有限差分算子有较大的谱覆盖范围，同时逼近误差的增加在一定的范围内，具有理论和现实应用意义。相比于最优化方法，窗函数法是最直观便捷的一种方法，其本质是采用窗函数截断伪谱法的空间褶积序列得到优化的有限差分算子，使差分算子尽可能地逼近微分算子。不同的窗函数有不同的幅值响应，窗函数幅值响应中的主瓣和旁瓣性能直接影响到了逼近的精度。窗函数法的难点是如何设计窗函数，使其有更好的截断性能，使优化的有限差分算子精度与效率更高。因此，如何提供一种新的有限差分算法，将其应用于地震矢量波场数值模拟，以实现地震矢量波场的高精度高效率的数值模拟是本领域亟待解决的技术难题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种基于拟合窗函数的地震矢量波场数值模拟方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质，利用余弦组合窗对切比雪夫窗函数的数据集进行最小二乘拟合，得到拟合余弦组合窗，并对该拟合余弦组合窗应用脉冲压缩技术以及加权处理技术，将脉冲压缩后的窗函数以及加权处理后的窗函数进行线性组合，得到目标窗函数，利用该目标窗函数截断伪谱法的空间褶积序列，得到一种优化的有限差分算子，利用该有限差分算子进行地震矢量波场数值模拟，提高地震矢量波场数值模拟的精度与效率。本专利技术的目的之一是，提供一种基于拟合窗函数的地震矢量波场数值模拟方法，包括：基于余弦组合窗、切比雪夫窗以及权重窗函数构建目标窗函数；根据所述目标窗函数对伪谱法的空间褶积序列进行截断，得到优化的有限差分算子；根据所述优化的有限差分算子对地震矢量波场进行数值模拟。优选的，所述基于余弦组合窗、切比雪夫窗以及权重窗函数构建目标窗函数包括：基于余弦组合窗以及切比雪夫窗得到拟合余弦组合窗函数；对所述拟合余弦组合窗函数进行脉冲压缩处理；对所述拟合余弦组合窗函数与不同参数的权重窗函数进行加权处理；将脉冲压缩后的拟合余弦组合窗函数以及加权处理后的拟合余弦组合窗函数进行线性组合，得到目标窗函数。优选的，所述基于余弦组合窗以及切比雪夫窗得到拟合余弦组合窗函数包括：根据不同参数下的窗函数幅频响应的主瓣和旁瓣性能，获取余弦组合窗以及切比雪夫窗；对所述切比雪夫窗离散采样得到数据集；利用所述余弦组合窗对所述数据集进行最小二乘拟合，以获得拟合余弦组合窗函数。优选的，对所述拟合余弦组合窗函数进行脉冲压缩处理包括：对所述拟合余弦组合窗函数进行傅里叶变换，得到第一函数；将所述第一函数乘以匹配滤波器的数字频率响应函数，得到第二函数；将所述第二函数进行逆傅里叶变换，得到脉冲压缩处理后的拟合余弦组合窗函数。优选的，将所述拟合余弦组合窗函数与不同参数的权重窗函数进行加权处理包括：获取不同参数的权重窗函数；将所述拟合余弦组合窗函数以及不同参数的权重窗函数进行傅里叶变换；将傅里叶变换后的拟合余弦组合窗函数以及所述不同参数的权重窗函数在频率域相乘后进行逆变换，根据加权处理后的拟合余弦组合窗函数幅频响应的主瓣和旁瓣性能，获取加权处理后的拟合余弦组合窗函数。优选的，所述不同参数的权重窗函数为余弦组合窗和/或矩形窗和/或凯泽窗和/或切比雪夫窗和/或高斯窗。本专利技术的目的之一是，提供一种基于拟合窗函数的地震矢量波场数值模拟系统，包括：窗函数构建模块，用于基于余弦组合窗、切比雪夫窗以及权重窗函数构建目标窗函数；截断优化模块，用于根据所述目标窗函数对伪谱法的空间褶积序列进行截断，得到优化的有限差分算子；地震矢量波场数值模拟模块，用于根据所述优化的有限差分算子对地震矢量波场数据进行数值模拟。优选的，所述窗函数构建模块包括：拟合余弦组合窗确定模块，用于根据余弦组合窗以及切比雪夫窗得到拟合余弦组合窗函数；脉冲压缩处理模块，用于对所述拟合余弦组合窗函数进行脉冲压缩处理；加权处理模块，用于对所述拟合余弦组合窗函数与不同参数的权重窗函数进行加权处理；线性组合模块，用于将脉冲压缩后的拟合余弦组合窗函数以及加权处理后的拟合余弦组合窗函数进行线性组合，得到目标窗函数。优选的，所述拟合余弦组合窗确定模块包括：窗获取模块，用于根据不同参数下的窗函数幅频响应的主瓣和旁瓣性能，获取余弦组合窗以及切比雪夫窗；数据采样模块，用于对所述切比雪夫窗离散采样得到数据集；数据拟合模块，用于利用所述余弦组合窗对所述数据集进行最小二乘拟合，以获得拟合余弦组合窗函数。优选的，所述脉冲压缩处理模块包括：傅里叶变换模块，用于对所述拟合余弦组合窗函数进行傅里叶变换，得到第一函数；第二函数确定模块，用于将所述第一函数乘以匹配滤波器的数字频率响应函数，得到第二函数；逆傅里叶变换模块，用于将所述第二函数进行逆傅里叶变换，得到脉冲压缩处理后的拟合余弦组合窗函数。优选的，所述加权处理模块包括：权重函数获取模块，用于获取不同参数的权重窗函数；第一变换模块，用于所述拟合余弦组合窗函数以及不同参数的权重窗函数进行傅里叶变换；第二变换模块，用于将傅里叶变换后的拟合余弦组合窗函数以及所述不同参数的权重窗函数在频率域相乘后进行逆变换，根据加权处理后的拟合余弦组合窗函数幅频响应的主瓣和旁瓣性能，获取加权处理后的拟合余弦组合窗函数。本专利技术的目的之一是，提供一种计算机设备，包括：适于实现各指令的处理器以及存储设备，所述存储设备存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行一种基于拟合窗函数的地震矢量波场数值模拟方法。本专利技术的目的之一是，提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行一种基于拟合窗函数的地震矢量波场数值模拟方法。本专利技术的有益效果在于，提供了一种基于拟合窗函数的地震矢量波场数值模拟方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质，利用余弦组合窗对切比雪夫窗函数的数据集进行最小二乘拟合，得到拟合余弦组合窗，并对该拟合余弦组合窗应用脉冲压缩技术以及加权处理技术，将脉冲压缩后的窗函数以及加权处理后的窗函数进行线性组合，得到目标窗函数，利用该目标窗函数截断伪谱法的空间褶积序列，得到一种优化的有限差分算子，利用该有限差分算子进行地震矢量波场数值模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于拟合窗函数的地震矢量波场数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括：基于余弦组合窗、切比雪夫窗以及权重窗函数构建目标窗函数；根据所述目标窗函数对伪谱法的空间褶积序列进行截断，得到优化的有限差分算子；根据所述优化的有限差分算子对地震矢量波场进行数值模拟。

【技术特征摘要】
1.一种基于拟合窗函数的地震矢量波场数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括：基于余弦组合窗、切比雪夫窗以及权重窗函数构建目标窗函数；根据所述目标窗函数对伪谱法的空间褶积序列进行截断，得到优化的有限差分算子；根据所述优化的有限差分算子对地震矢量波场进行数值模拟。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于余弦组合窗、切比雪夫窗以及权重窗函数构建目标窗函数包括：基于余弦组合窗以及切比雪夫窗得到拟合余弦组合窗函数；对所述拟合余弦组合窗函数进行脉冲压缩处理；对所述拟合余弦组合窗函数与不同参数的权重窗函数进行加权处理；将脉冲压缩后的拟合余弦组合窗函数以及加权处理后的拟合余弦组合窗函数进行线性组合，得到目标窗函数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于余弦组合窗以及切比雪夫窗得到拟合余弦组合窗函数包括：根据不同参数下的窗函数幅频响应的主瓣和旁瓣性能，获取余弦组合窗以及切比雪夫窗；对所述切比雪夫窗离散采样得到数据集；利用所述余弦组合窗对所述数据集进行最小二乘拟合，以获得拟合余弦组合窗函数。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述拟合余弦组合窗函数进行脉冲压缩处理包括：对所述拟合余弦组合窗函数进行傅里叶变换，得到第一函数；将所述第一函数乘以匹配滤波器的数字频率响应函数，得到第二函数；将所述第二函数进行逆傅里叶变换，得到脉冲压缩处理后的拟合余弦组合窗函数。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述拟合余弦组合窗函数与不同参数的权重窗函数进行加权处理包括：获取不同参数的权重窗函数；将所述拟合余弦组合窗函数以及不同参数的权重窗函数进行傅里叶变换；将傅里叶变换后的拟合余弦组合窗函数以及所述不同参数的权重窗函数在频率域相乘后进行逆变换，根据加权处理后的拟合余弦组合窗函数幅频响应的主瓣和旁瓣性能，获取加权处理后的拟合余弦组合窗函数。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述不同参数的权重窗函数为余弦组合窗和/或矩形窗和/或凯泽窗和/或切比雪夫窗和/或高斯窗。7.一种基于拟合窗函数的地震矢量波场数值模拟系统，其特征在于，所述系统包括：窗函数构建模块，用于基于余弦组合窗、切比雪夫窗以及权重窗函数构建目标窗函数；截断优化模块，用于根据所述目标窗函数对伪谱法的空间褶积序列进行截断，得到优化的有限差分算子；地震矢量波场数值模拟模块，用于根据所述优化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王之洋，白文磊，俞度立，冯海新，刘洪，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11