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地震射线辛几何算法初探
走时计算已广泛用于地震建模、成像及速度分析等诸方面.基于地震波场的Hamilton力学性质,本文探索应用适于Hamilton力学的计算方法--辛几何算法对地震射线进行走时及路径的计算.利用辛几何算法和属于耗散算法的四阶Runge-Kutta算法进行射线路径和走时的.计算对比,结果表明这两类算法数值精度相当,但辛几何算法的速度却快了3倍.本文还利用二阶E山er型辛差分格式对Marmousi模型进行了射线追踪计算,结果显示所得射线具有良好的光滑性和较强的阴影区穿透能力.
作 者：高亮 李幼铭 陈旭荣 杨孔庆 作者单位：高亮,李幼铭(中国科学院地质与地球物理研究所,北京,100101)陈旭荣,杨孔庆(兰州大学物理系,兰州,730000)
刊 名：地球物理学报 ISTIC SCI PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF GEOPHYSICS 年，卷(期)： 43(3) 分类号：P315 关键词：辛算法 Runge-Kutta算法 射线 走时 路径Maslov渐近理论与辛几何算法
为了克服地震层析成像中的焦散问题, 本文系统地研究了Maslov渐近理论与辛几何算法,同时提出了一种基于辛几何算法计算Maslov波场的数值计算方法,并就其中射线追踪这一重要环节,利用辛算法和非辛Runge utta方法进行了数值模拟. 计算结果表明,这两类算法在精度上相差无几,但辛算法的.速度要快;在Hamilton量保持方面,辛算法具有非辛Runge utta方法无可比拟的优越性.
作 者：秦孟兆 陈景波 QIN MENG-ZHAO CHEN JING-BO 作者单位：中国科学院计算数学与科学工程计算研究所,北京,100080 刊 名：地球物理学报 ISTIC SCI PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF GEOPHYSICS 年，卷(期)：2000 43(4) 分类号：P631.4 关键词：Maslov理论 渐近 焦散 辛算法地震走时层析成像算法与比较
采用物理数学方法，分析推导了离散层析成像的数值算法，介绍了其中的'BPT法、ART法和SIRT法,并进行了数值模拟.结果表明：BPT方法相对简单，但概念明确；ART与SIRT方法属于迭代算法，迭代精度并不完全正比于迭代次数；但SIRT较ART方法的迭代收敛性好、收敛速度快.以BPT方法的重建结果作为迭代方法的初值，在投影数据精确时用ART方法，其它情况用SIRT方法，均能取得较为满意的重建结果图像.
作 者：刘盛东 李承华 作者单位：淮南工业学院资源环境工程系，安徽淮南 23 刊 名：中国矿业大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF CHINA UNIVERSITY OF MINING & TECHNOLOGY 年，卷(期)： 29(2) 分类号：P631.41 关键词：地震层析 图像重建 矩阵 向量 迭代固定几何结构的FFT算法及其FPGA实现
1．引言DFT及其快速算法FFT是信号处理领域的核心组成部分。FFT算法多种多样，按数据组合方式不同一般分时域和频域，按数据抽取方式的不同又可分为基2，基4等。各算法的优缺点视不同的制约因素而不同。FFT的实现方法也多种多样，可以用软件实现，也可以用硬件实现，用软件在PC机或工作站上实现则计算速度很慢。一般多结合具体系统用硬件实现。例如用单片机或DSP实现。但是速度仍然很慢，难以与快速的A/D器件匹配。在雷达信号处理领域主要追求的目标是速度，即实时性的要求非常高。针对这种快速信号处理的要求及FPGA器件的特点，本文采用的是一种基2固定几何结构的FFT算法。采用的是Altera公司推出的最新器件Stratix来做硬件仿真。Stratix器件是一款采用高性能结构体系的PLD器件。它结合了强大内核性能，大存储带宽，数字信号处理（DSP）功能，高速I/O性能和模块化设计与一体的PLD。其内嵌的DSP模块具有很高的乘法运算速度。在用VHDL编程时可以用MegaWizard的方法指定用DSP模块生成乘法器，用这种乘法器来做蝶形，用多个蝶形来构成FFT运算级，通过循环即可实现FFT核心运算的并行化。用Altera公司的Quartus软件做逻辑分析和波形分析。Quartus软件具有很强的硬件仿真和逻辑分析功能，它可将用VHDL编写的硬件描述综合到FPGA中。
2．算法介绍
为了说明问题的方便，下面以基2，八点FFT为例加以说明。传统的基2变几何结构算法如下（图一）：箭头上的数字代表旋转因子 中的k。图中输入采用的是按码位颠倒的顺序排放的。输出是自然顺序。这种结构的特点是每个蝶形的输出数据仍然放在原来的输入的数据存储单元内，这样只需要2N个存储单元（FFT中的数据是复数形式，每点需要两个单元存储）。其缺点是不同级的同一位置蝶形的输入数据的寻址不固定，难以实现循环控制。用FPGA编程时难以并行实现，数据处理速度慢。当FFT的点数增加时更是如此。通过观察传统结构的FFT算法可以发现，如果将第一级中间的两个蝶形交换，则可以得到如下结构（图二）：
对此结构进行进一步的变换，将第二级的输出不送回原处而是将其存储起来并按顺序存放，则第三级中间的两个蝶形跟着调换，并把输入按顺序排列，就变成了如下（图三）所示的固定结构的FFT了。在蝶形变换的同时，其旋转因子也跟着调换。
出数据的顺序是不变的，因此每级几何结构是固定的。用这种结构寻址方便，易于用FPGA编程，实现内部并行的FFT硬件结构，从而明显加快FFT的运算速度。
3．FPGA硬件实现
FPGA器件的特点是可用硬件描述语言对其进行灵活编程。利用FPGA厂商提供的软件可仿真硬件的功能。使硬件设计如同软件设计一样灵活方便。缩短了系统研发周期。利用JTAG接口可对其进行ISP(In System Programmable 在系统编程)提高了系统的灵活性。随着芯片集成度的提高，单片FPGA内不仅拥有大量的逻辑单元而且还能集成RAM,ROM,I/O及DSP块等。从而使SOC(System On_a_Chip 片上系统)成为现实。本文采用的是Altera公司的Stratix系列芯片的EP1s25。用Altera公司的QuartusII2.0软件做硬件仿真和逻辑分析。并将输出结果与Matlab仿真结果进行了比较。系统框图如下（图四）：
代码用VHDL硬件描述语言实现。本系统的结构特点是：1。为提高数据精度，系统全部用16位宽。用data_array，write_array和fly_array三个数组实现了内核的并行处理，可在10个时钟周期内算完32点复FFT。时钟周期为25纳秒，因此32点FFT只需250纳秒。2。实现了数据的流水输入输出。在计算第i组数据的.同时，第i-1组的数据FFT结果正在串行输出，第i+1组的数据则正在串行输入。因为内核计算是并行的，速度快，所以可以有很高的串行输入。本系统的A/D采样频率可达200MHz。仿真所用的信号是：
x(t)= (0.5*sin(2*n*pi/4.7)+0.5*sin(2*n*pi/16.3)+0.1*rand(1,32))*1000
输入数据为32点复数，系统仿真波形如下（局部）：
用FPGA输出的FFT的结果（图六）和用Matlab计算的FFT理论结果（图七）,其频谱如下：
此信号是由两个正弦波叠加一个随机函数构成的。信噪比为14db。为切合工程实际，仿真信号采用的是实信号，其频谱具有对称性，因此图中只取32点仿真结果的一半即16点便可。
4．结论
通过比较可以看出仿真结果与理论值吻合的很好。Altera公司采用传统结构的FFT算法其32点的运算时间大于1.0us。用DSP做的32点FFT时间也要1.0us以上。本系统的最大优势在于利用FPGA器件丰富的逻辑资源，内嵌的RAM,ROM块及其灵活的可编程特性采用固定几何结构的FFT算法使运算速度较传统方法有了很大提高。当然付出的代价是用这种并行的结构需求的硬件资源很多。随着芯片集成度的不断提高，用这种并行结构实现的FFT运算其优越性将越来越明显。而且用这种结构实现的FFT很容易扩展。只需要增加蝶形的个数和循环次数即可。详细说明见 VHDL源程序。
一种基于Hough变换的对极几何稳健估计算法
从基本矩阵的性质和作用出发,首先从理论上证明了如果在一条2维直线上有多于给定的3个以上的匹配点,多余的点将被视为冗余点不能用作匹配点;然后针对该问题引入了Hough变换算法,在建立匹配点对应关系的同时剔除冗余的共线点.实验表明,用改进后的算法估计出的.基本矩阵在平均余差和对极距离上都小于改进前的算法,提高了基本矩阵的估计精度和稳定性.
作 者：山海涛 马淑宇 郝向阳 李大卫 SHAN Hai-tao MA Shu-yu HAO Xiang-yang LI Da-wei 作者单位：山海涛,SHAN Hai-tao(信息工程大学,测绘学院,河南,郑州,450052;61512部队,北京,100088)马淑宇,郝向阳,李大卫,MA Shu-yu,HAO Xiang-yang,LI Da-wei(信息工程大学,测绘学院,河南,郑州,450052)
刊 名：测绘科学技术学报 PKU英文刊名：JOURNAL OF GEOMATICS SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)： 25(3) 分类号：P237 关键词：基本矩阵 对极几何 共线点冗余 Hough变换考虑钟差修正的X射线脉冲星导航算法研究
基于X射线脉冲星的'航天器自主导航依赖于精确时间的测量,因此星载时钟钟差对导航性能有不容忽视的影响.在原子钟钟差模型和航天器动力学模型基础上,提出一种考虑星载时钟钟差修正的脉冲星导航算法.仿真结果表明,该算法可以有效消除钟差的影响,保证了导航精度,研究结果对脉冲星导航的工程应用有一定的理论参考价值.
作 者：孙守明 郑伟 汤国建 徐凯川 SUN Shou-ming ZHENG Wei TANG Guo-jian XU Kai-chuan 作者单位：孙守明,郑伟,汤国建,SUN Shou-ming,ZHENG Wei,TANG Guo-jian(国防科技大学航天与材料工程学院,长沙,410073)徐凯川,XU Kai-chuan(陆军航空兵学院,北京,101123)
刊 名：宇航学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF ASTRONAUTICS 年，卷(期)： 31(3) 分类号：V249 关键词：脉冲星导航 扩展卡尔曼滤波 钟差 Navigation based on pulsars Extended kalman filter Clock error地震信号谱分解匹配追踪快速算法及其应用
提出了地震信号谱分解的两步法匹配追踪(MP)算法.该方法根据最优小波的时间延迟,采用多点同时搜索的方式,在不损失MP算法精度的同时使运算效率得到了提高.阐述了基于Ricker小波MP算法的基本原理,给出了两步法MP快速算法的实现步骤.基于理论模型,讨论了MP算法谱分解的效果,并与Gabor变换和小波变换的谱分解效果进行了对比分析;利用谱分解的峰值瞬时频率进行了薄层反演,与常规薄层反演算法的对比表明,该方法对储层上、下界面反射系数的'变化不敏感.在某地区,利用两步法MP快速算法对实际地震记录进行了谱分解,并基于由谱分解得到的不同频率的切片,分析了含气储层下方的影子效应,结果表明影子效应直接指示了烃类的存在.
作 者：张显文 韩立国 王宇 单刚义 Zhang Xianwen Han Liguo Wang Yu Shan Gangyi 作者单位：张显文,韩立国,单刚义,Zhang Xianwen,Han Liguo,Shan Gangyi(吉林大学地球探测科学与技术学院,吉林长春,130026)王宇,Wang Yu(中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东湛江,524057)
刊 名：石油物探 ISTIC PKU英文刊名：GEOPHYSICAL PROSPECTING FOR PETROLEUM 年，卷(期)：2010 49(1) 分类号：P631.4 关键词：地震信号 匹配追踪 谱分解 时频分析 薄层反演 烃类检测无几何距离组合联合MW组合探测周跳的改进算法
指出了以往使用无几何距离组合联合MW组合探测GPS载波相位周跳的不足之处,提出3个改进的措施:(1)使用双低通滤波器平滑伪距;(2)利用周跳在高阶差分中的'时间序列特征,使用最小二乘法定位和估算周跳;(3)对解算得到的周跳浮点解进行条件搜索,得到周跳的整数解.模拟试验表明改进后的算法不仅探测独立周跳的成功率很高,而且探测非独立周跳的成功率也很高.本文的方法已成功用到CHAMP卫星的GPS载波相位的周跳探测中,表明该算法能够用来探测高动态GPS的周跳.
作 者：王爱生 欧吉坤 Wang Aisheng Ou Jikun 作者单位：王爱生,Wang Aisheng(徐州师范大学测绘学院,徐州,221116;中国科学院测量与地球物理研究所,武汉,430077;中国科学院研究生院,北京,100049)欧吉坤,Ou Jikun(中国科学院测量与地球物理研究所,武汉,430077)
刊 名：数据采集与处理 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF DATA ACQUISITION & PROCESSING 年，卷(期)： 22(4) 分类号：P228.41 关键词：GPS 周跳 无几何距离组合 MW组合 低通滤波 高阶差分高斯射线束法地震记录合成系统的研究与开发
高斯射线束法是一种快速的地震记录合成方法,通过该方法合成的波场记录不仅能反映波的运动学特征,也能反映高频动力学特征.该方法将波动方程和射线理论紧密结合起来,通过运动学射线追踪获取射线轨迹,通过动力学追踪来获取中心射线附近的'高频能量分布,因而既能反映波的运动学特征,又能表现波的动力学特点,并且具有运算速度快、精度高等优点.介绍了高斯射线束的基本原理,对基于高斯射线地震记录合成软件的研发进行了系统论述,重点介绍了模型编辑、运动学射线追踪、动力学射线追踪和地震记录合成等重要模块的实现方法,通过几个地质模型合成记录的算例,说明了高斯射线束法对复杂地层模型和奇异区域都具有较好的效果,是一种高效实用的地震记录合成方法.
作 者：邓飞 王美平周杲 周熙襄 作者单位：邓飞,王美平,周熙襄(成都理工大学,信息工程学院,四川,成都,610059)周杲(西南交通大学,计算机科学学院,四川,成都,610031)
刊 名：大庆石油地质与开发 ISTIC PKU英文刊名：PETROLEUM GEOLOGY & OILFIELD DEVELOPMENT IN DAQING 年，卷(期)： 25(6) 分类号：P631.4+43 关键词：高斯射线束 模型编辑 射线追踪 地震记录合成近似反演投影算法在地震走时CT中的应用
近似反演投影AIM(Approximate Inverse Mapping)方法,是D. W. Ordenburg和 R. G. Ellis 在1991年提出的.它可以不要求反演算子和正演算子同时精确,而通过在数据空间和模型空间里做一些简单修正计算来达到较好的反演效果.在地震走时CT反演中,射线追踪常用最短路径追踪方法,该方法的计算非常耗时.本文给出了应用AIM进行基于最短路径追踪的'走时CT反演算法,而基于AIM-DS的算法可以大大提高反演速度,而反演精度只略微降低.在实际工作中,适合于资料的初步解释和最短路径追踪无法完成(如数据量过大)的情况.
作 者：罗再平刘铁 Luo Zaiping Liu Tie 作者单位：中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉,430063 刊 名：工程地球物理学报 英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ENGINEERING GEOPHYSICS 年，卷(期)：2009 06(3) 分类号：P631.4 关键词：近似反演投影AIM 地震走时CT 模型空间 数据空间★ 几何画板课件
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