一种地震仪采集数据时钟的方法及装置

摘要

本发明提供的地震仪采集数据时钟的方法及装置，对获取的水声时标信号进行带通滤波，获得滤波后的水声时标信号，对滤波后的水声时标信号进行分数阶傅里叶变换计算水声时标信号的最优旋转角；对滤波后的水声时标信号进行截取，获得每次水声时标信号到时最大振幅，利用每两次水声时标信号最大振幅偏差确定该间隔时刻内地震仪内部时钟偏差；根据内部时钟偏差对采集数据进行重采样校正，得到时钟同步数据，本发明将具有大时宽带宽乘积的线性调频信号，作为一种脉冲压缩信号应用在水声时标信号中克服海洋环境的复杂性和多径效应的影响，通过多次定时的发射线性调频信号，从而对单一频点的干扰进行抑制，在远距离情况下保证了信号具有更好的性噪比。

权利要求

1.一种地震仪采集数据时钟的方法，其特征在于，包括下述步骤：获取水声时标信号，包括：

在目标区域内设置水声发射装置；

在所述目标区域内间隔布设地震仪，按照所述水声发射装置发射的次数，依次标记为

1，2，3，…；

将所述地震仪记录的水声时标信号记作S(i,j)，其中，i表示地震仪的编号，j表示采集到的水声时标信号的次数；

对所述水声时标信号S(i,j)进行离散傅里叶变换；

采用下述公式，将采集信号由时间域转变为频率域，所述公式为：式中，X(k)表示DFT变换后从时间域到频率域的结果，x(n)表示水声时标信号的时间序列，k和n表示相同的采样点数；

根据线性调频水声时标信号的有效频带范围f1-f2，将X(k)中频带范围f1-f2以外的数据置0后，对X(k)数据进行离散傅里叶变化逆变换，得到滤波后的水声时标信号Sbf(i,j)；

选取滤波后水声时标信号Sbf(i,j)中任意一次的水声时标信号，采用下述公式进行分数阶傅里叶变化，所述公式为：式中，n为整数，Fp为分数阶傅里叶变换的算子符号，P为分数阶傅里叶变换的阶，α＝pπ/

2，0＜|p|＜2,0＜|α|＜π；

构建下述公式：

式中，fs为地震仪水声时标信号的采样频率，N为采样点数，K为线性调频信号的调频率；

以a0为中心，在±d的范围内以步长为△d，对滤波后的水声时标信号Sbf(i,j)迭代计算不同阶数下分数阶傅里叶变换的振幅峰值；

通过判断信号在U域中会聚性最好，最大振幅峰值最高得到该水声时标信号在分数阶傅里叶变换下对应的最优旋转角度aopt；

对滤波后的水声时标信号进行截取，利用所述最优旋转角依次进行分数阶傅里叶变换，获得每次水声时标信号到时最大振幅；

利用地震仪采集到的水声时标信号到时最大振幅Fp(i)，对应分数阶傅里叶变换变换下U域的采样点号为u(i)，记第一次采集到水声时标信号最大振幅Fp(0)对应的采样点号u(0)为零时刻；

通过下述公式，计算水声时标信号的到时差为

式中，Δt(i)为地震仪在i次水声时标信号的到时偏差，fs为地震仪水声时标信号的采样频率，aopt为分数阶傅里叶变换下的最优旋转角；

根据所述的内部时钟偏差对采集数据进行重采样校正，得到时钟同步数据。

2.一种地震仪采集数据时钟的装置，其特征在于，包括：信号获取单元，用于获取水声时标信号；

滤波单元，用于对所述水声时标信号进行带通滤波，获得滤波后的水声时标信号；

旋转角计算单元，用于对滤波后的水声时标信号进行分数阶傅里叶变换计算水声时标信号的最优旋转角；

振幅计算单元，用于对滤波后的水声时标信号进行截取，利用所述最优旋转角依次进行分数阶傅里叶变换，获得每次水声时标信号到时最大振幅；

时钟偏差单元，用于利用每两次所述水声时标信号最大振幅偏差确定每两次所述水声时标信号发射时间间隔时刻内地震仪内部时钟偏差；

时钟同步数据单元，用于根据所述的内部时钟偏差对采集数据进行重采样校正，得到时钟同步数据；

所述信号获取单元包括：设置在目标区域内的水声发射装置、在所述目标区域内间隔布设地震仪，按照所述水声发射装置发射的次数，依次标记为1，2，3，…；

所述地震仪记录的水声时标信号记作S(i,j)，其中，i表示地震仪的编号，j表示采集到的水声时标信号的次数；

滤波单元包括：

离散傅里叶变换模块，用于对所述水声时标信号S(i,j)进行离散傅里叶变换；

频率域转换模块，用于采用下述公式，将采集信号由时间域转变为频率域，所述公式为：式中，X(k)表示

DFT变换后从时间域到频率域的结果，x(n)表示水声时标信号的时间序列，k和n表示相同的采样点数；

第一计算模块，用于根据线性调频水声时标信号的有效频带范围f1-f2，将X(k)中频带范围f1-f2以外的数据置0后，对X(k)数据进行离散傅里叶变化逆变换，得到滤波后的水声时标信号Sbf(i,j)；

旋转角计算单元包括：

分数阶傅里叶变化模块，用于选取滤波后水声时标信号Sbf(i,j)中任意一次的水声时标信号，采用下述公式进行分数阶傅里叶变化，所述公式为：p

式中，n为整数，F为分数阶傅里叶变换的算子符号，P为分数阶傅里叶变换的阶，α＝pπ/

2，0＜|p|＜2,0＜|α|＜π；

构建模块，用于构建下述公式：

式中，fs为地震仪水声时标信号的采样频率，N为采样点数，K为线性调频信号的调频率；

第二计算模块，用于以a0为中心，在±d的范围内以步长为△d，对滤波后的水声时标信号Sbf(i,j)迭代计算不同阶数下分数阶傅里叶变换的振幅峰值；

旋转角判断模块，用于通过判断信号在U域中会聚性最好，最大振幅峰值最高得到该水声时标信号在分数阶傅里叶变换下对应的最优旋转角aopt；

所述时钟偏差单元包括：

p

零时刻获取模块，利用地震仪采集到的水声时标信号到时最大振幅F (i)，对应分数阶傅里叶变换变换下U域的采样点号为u(i)，记第一次采集到水声时标信号最大振幅Fp(0)对应的采样点号u(0)为零时刻；

第三计算模块，用于通过下述公式 ，计算水声时标信号的到时差为式中，Δt(i)为地震仪在i次水声时标信号的到时偏差，fs为地震仪水声时标信号的采样频率，aopt为分数阶傅里叶变换下的最优旋转角。

说明书

一种地震仪采集数据时钟的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及海底地球物理探测技术领域，特别涉及一种地震仪采集数据时钟的方法及装置。

背景技术

[0002] 海底地球物理探测装备，特别是海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer，简称OBS)、海底地震采集节点(OBN)在海上作业往往需要多台甚至上百台仪器同时作业，而每台仪器都是独立的进行采集作业，由于电磁波在海水中迅速衰减，海底设备无法接收GPS时钟信号，海上作业前海底探测设备只能在投放前以及回收后进行GPS的对钟操作，仪器下海后一直依靠内部的时钟进行计时采集数据，因此内部的时钟精度成为影响采集数据精确性的关键条件，目前美国FairField公司采用每台OBN均配备高精度的原子钟作为内部时钟以实现多台设备的高精度时钟同步采集做业，但高精度原子钟功耗远高于常规晶振，每台OBN均采用原子钟将导致设备留海作业时间大打折扣，并且原子钟费用高昂不利于工程化应用。

[0003] 专利ZL201611213350.1提出了一种海底地球物理勘探用仪器的时钟同步设备及方法，利用水声发射装置发射高精度时钟信号作为海底探测仪器用时钟同步方法，在水声发射装置和海底探测仪器投放前会通过GPS的PPS信号对发射装置中的原子钟以及海底探测仪器内部的时钟进行驯服和修正，形成仪器运行的基准时钟使其保证双方初始时间一致，投放后水声发射装置在海底发射固定长度的水声同步信号，海底探测仪器将采集到该信号保存下来，回收后利用上位机通过对发射的12kHZ的水声脉冲信号进行幅频特性分析，通过判断振幅最大值确定信号到时得到仪器时间偏差后进行时钟校正。但是在实际应用中一方面由于水声信号具有强烈的时变、空变以及海洋环境的复杂性和多径效应等影响，单频信号随着距离增大微弱目标信号经常淹没在混响和噪声中，而且多普勒频移效应明显，信号性噪比低、工作距离短等缺点。另一方面水声信号识别上利用传统的离散傅立叶变换(DiscreteFourier Transform，DFT)分析方法只能提供信号经变换后在单一域(时域或频域)内的整体特征信息，并没有包括信号的全部有用信号，只适于分析确定性信号和平稳信号。而对于海洋多复杂的环境，单一频点信号往往被噪声干扰，利用该方式很难提取到准确的信号到时信息。

发明内容

[0004] 有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种抗干扰高精度的地震仪采集数据时钟精度的方法及装置。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

[0006] 一方面，本发明提供了一种地震仪采集数据时钟的方法，包括下述步骤：

[0007] 获取水声时标信号；

[0008] 对所述水声时标信号进行带通滤波，获得滤波后的水声时标信号；

[0009] 对滤波后的水声时标信号进行分数阶傅里叶变换计算水声时标信号的最优旋转角；

[0010] 对滤波后的水声时标信号进行截取，利用所述最优旋转角依次进行分数阶傅里叶变换，获得每次水声时标信号到时最大振幅；

[0011] 利用每两次所述水声时标信号最大振幅偏差确定该间隔时刻内地震仪内部时钟偏差；

[0012] 根据所述的内部时钟偏差对采集数据进行重采样校正，得到时钟同步数据。

[0013] 在一些较佳的实施例中，在获取水声时标信号的步骤中，具体包括：

[0014] 在目标区域内设置水声发射装置；

[0015] 在所述目标区域内间隔布设地震仪，按照所述水声发射装置发射的次数，依次标记为1，2，3，...；

[0016] 将所述地震仪记录的水声时标信号记作S(i，j)，其中，i表示地震仪的编号，j表示采集到的水声时标信号的次数。

[0017] 在一些较佳的实施例中，在对所述水声时标信号进行带通滤波，获得滤波后的水声时标信号的步骤中，具体包括下述步骤：

[0018] 对所述水声时标信号S(i，j)进行离散傅里叶变换；

[0019] 采用下述公式，将采集信号由时间域转变为频率域，所述公式为：

[0020]

[0021] 式中，X(k)表示DFT变换后从时间域到频率域的结果，x(n)表示水声时标信号的时间序列，k和n表示相同的采样点数；

[0022] 根据线性调频水声时标信号的有效频带范围f1-f2，将X(k)中频带范围f1-f2以外的数据置0后，对X(k)数据进行离散傅里叶变化逆变换，得到滤波后的水声时标信号Sbf(i，j)。

[0023] 在一些较佳的实施例中，在对滤波后的水声时标信号进行分数阶傅里叶变换计算水声时标信号的最优旋转角的步骤中，具体包括下述步骤：

[0024] 选取滤波后水声时标信号Sbf(i，j)中任意一次的水声时标信号，采用下述公式进行分数阶傅里叶变化，所述公式为：

[0025]

[0026] 式中，n为整数，Fp为分数阶傅里叶变换的算子符号，P为分数阶傅里叶变换的阶，α＝pπ/2，0＜|p|＜2，0＜|α|＜π；

[0027] 构建下述公式：

[0028]

[0029] 式中，fs为地震仪水声时标信号的采样频率，N为采样点数，K为线性调频信号的调频率；

[0030] 以a0为中心，在±d的范围内以步长为Δd，对滤波后的水声时标信号Sbf(i，j)迭代计算不同阶数下分数阶傅里叶变换的振幅峰值；

[0031] 通过判断信号在U域中会聚性最好，最大振幅峰值最高得到该水声时标信号在分数阶傅里叶变换下对应的最优旋转角度aopt。

[0032] 在一些较佳的实施例中，在利用每两次所述水声时标信号最大振幅偏差确定该间隔时刻内地震仪内部时钟偏差的步骤中，具体为：

[0033] 利用地震仪采集到的水声时标信号到时最大振幅Fp(i)，对应分数阶傅里叶变换变换下U域的采样点号为u(i)，记第一次采集到水声时标信号最大振幅Fp(0)对应的采样点号u(0)为零时刻；

[0034] 通过下述公式，计算水声时标信号的到时差为

[0035]

[0036] 式中，Δt(i)为地震仪在i次水声时标信号的到时偏差，fs为地震仪水声时标信号的采样频率，aopt为分数阶傅里叶变换下的最优旋转角。

[0037] 另一方面，本发明还提供了一种地震仪采集数据时钟的装置，包括：

[0038] 信号获取单元，用于获取水声时标信号；

[0039] 滤波单元，用于对所述水声时标信号进行带通滤波，获得滤波后的水声时标信号；

[0040] 旋转角计算单元，用于对滤波后的水声时标信号进行分数阶傅里叶变换计算水声时标信号的最优旋转角；

[0041] 振幅计算单元，用于对滤波后的水声时标信号进行截取，利用所述最优旋转角依次进行分数阶傅里叶变换，获得每次水声时标信号到时最大振幅；

[0042] 时钟偏差单元，用于利用每两次所述水声时标信号最大振幅偏差确定该间隔时刻内地震仪内部时钟偏差；

[0043] 时钟同步数据单元，用于根据所述的内部时钟偏差对采集数据进行重采样校正，得到时钟同步数据。

[0044] 在一些较佳的实施例中，所述信号获取单元包括：设置在目标区域内的水声发射装置、在所述目标区域内间隔布设地震仪，按照所述水声发射装置发射的次数，依次标记为1，2，3，...；

[0045] 所述地震仪记录的水声时标信号记作S(i，j)，其中，i表示地震仪的编号，j表示采集到的水声时标信号的次数。

[0046] 在一些较佳的实施例中，滤波单元包括：

[0047] 离散傅里叶变换模块，用于对所述水声时标信号S(i，j)进行离散傅里叶变换；

[0048] 频率域转换模块，用于采用下述公式，将采集信号由时间域转变为频率域，所述公式为：

[0049]

[0050] 式中，X(k)表示DFT变换后从时间域到频率域的结果，x(n)表示水声时标信号的时间序列，k和n表示相同的采样点数；

[0051] 第一计算模块，用于根据线性调频水声时标信号的有效频带范围f1-f2，将X(k)中频带范围f1-f2以外的数据置0后，对X(k)数据进行离散傅里叶变化逆变换，得到滤波后的水声时标信号Sbf(i，j)。

[0052] 在一些较佳的实施例中，旋转角计算单元包括：

[0053] 分数阶傅里叶变化模块，用于选取滤波后水声时标信号Sbf(i，j)中任意一次的水声时标信号，采用下述公式进行分数阶傅里叶变化，所述公式为：

[0054]

[0055] 式中，n为整数，Fp为分数阶傅里叶变换的算子符号，P为分数阶傅里叶变换的阶，α＝pπ/2，0＜|p|＜2，0＜|α|＜π；

[0056] 构建模块，用于构建下述公式：

[0057]

[0058] 式中，fs为地震仪水声时标信号的采样频率，N为采样点数，K为线性调频信号的调频率；

[0059] 第二计算模块，用于以a0为中心，在±d的范围内以步长为Δd，对滤波后的水声时标信号Sbf(i，j)迭代计算不同阶数下分数阶傅里叶变换的振幅峰值；

[0060] 旋转角判断模块，用于通过判断信号在U域中会聚性最好，最大振幅峰值最高得到该水声时标信号在分数阶傅里叶变换下对应的最优旋转角aopt。

[0061] 在一些较佳的实施例中，所述时钟偏差单元包括：

[0062] 零时刻获取模块，利用地震仪采集到的水声时标信号到时最大振幅Fp(i)，对应分数阶傅里叶变换变换下U域的采样点号为u(i)，记第一次采集到水声时标信号最大振幅Fp(0)对应的采样点号u(0)为零时刻；

[0063] 第三计算模块，用于通过下述公式，计算水声时标信号的到时差为[0064]

[0065] 式中，Δt(i)为地震仪在i次水声时标信号的到时偏差，fs为地震仪水声时标信号的采样频率，aopt为分数阶傅里叶变换下的最优旋转角。

[0066] 本发明采用上述技术方案的优点是：

[0067] 本发明提供的地震仪采集数据时钟的方法及装置，对获取的所述水声时标信号进行带通滤波，获得滤波后的水声时标信号，对滤波后的水声时标信号进行分数阶傅里叶变换计算水声时标信号的最优旋转角；对滤波后的水声时标信号进行截取，利用所述最优旋转角依次进行分数阶傅里叶变换，获得每次水声时标信号到时最大振幅，利用每两次所述水声时标信号最大振幅偏差确定该间隔时刻内地震仪内部时钟偏差；根据所述的内部时钟偏差对采集数据进行重采样校正，得到时钟同步数据，本发明提供的地震仪采集数据时钟的方法及装，将具有大时宽带宽乘积的线性调频信号，作为一种脉冲压缩信号应用在水声时标信号中克服海洋环境的复杂性和多径效应的影响，通过多次定时的发射线性调频信号，从而对单一频点的干扰进行一定的抑制作用，在远距离情况下保证了信号具有更好的性噪比。

[0068] 此外，本发明提供的地震仪采集数据时钟的方法及装置，在回收海底探测仪器后，利用分数阶傅里叶变换(FRFT)对LFM信号具有能量聚集性的特点对采集到的水声时标信号进行快速的到时识别，能够很好的抑制时频分析时交叉项以及混响、噪声背景下存在的多普勒影响，得到准确的水声时标到时，通过计算进而得到海底探测仪器采集内部的时钟偏差，该方式具有计算方法精度高，计算量与FFT相当，校正后的时钟偏差不随采集时长增加而累积等特点。

附图说明

[0069] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

[0070] 图1为本发明实施例1提供的地震仪采集数据时钟的方法的步骤流程图。

[0071] 图2为本发明实施例2提供的地震仪采集数据时钟的装置的结构示意图。

[0072] 图3为本发明实施例1或实施例2提供的工作布置图。

[0073] 图4为本发明实施例1或实施例2提供的模拟接收到的水声信号测试图。

具体实施方式

[0074] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0075] 实施例1

[0076] 请参阅图1，为本发明提供了一种地震仪采集数据时钟的方法的步骤流程图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

[0077] 在图1中，本发明提供的地震仪采集数据时钟的方法，包括下述步骤：

[0078] 步骤S110：获取水声时标信号。

[0079] 在一些较佳的实施例中，在获取水声时标信号的步骤中，具体包括：

[0080] 步骤S111：在目标区域内设置水声发射装置；通常距离地震仪最远传输距离1500m范围内；

[0081] 步骤S112：在所述目标区域内间隔布设地震仪，按照所述水声发射装置发射的次数，依次标记为1，2，3，...；

[0082] 步骤S113：将所述地震仪记录的水声时标信号记作S(i，j)，其中，i表示地震仪的编号，j表示采集到的水声时标信号的次数。

[0083] 步骤S120：对所述水声时标信号进行带通滤波，获得滤波后的水声时标信号。

[0084] 在一些较佳的实施例中，对所述水声时标信号进行带通滤波，获得滤波后的水声时标信号，具体包括下述步骤：

[0085] 步骤S121：对所述水声时标信号S(i，j)进行离散傅里叶变换；

[0086] 步骤S122：采用下述公式，将采集信号由时间域转变为频率域，所述公式为：

[0087]

[0088] 式中，X(k)表示DFT变换后从时间域到频率域的结果，x(n)表示水声时标信号的时间序列，k和n表示相同的采样点数；

[0089] 步骤S123：根据线性调频水声时标信号的有效频带范围f1-f2，将X(k)中频带范围f1-f2以外的数据置0后，对X(k)数据进行离散傅里叶变化逆变换，得到滤波后的水声时标信号Sbf(i，j)。

[0090] 步骤S130：对滤波后的水声时标信号进行分数阶傅里叶变换计算水声时标信号的最优旋转角；

[0091] 在一些较佳的实施例中，在对滤波后的水声时标信号进行分数阶傅里叶变换计算水声时标信号的最优旋转角的步骤中，具体包括下述步骤：

[0092] 步骤S131：选取滤波后水声时标信号Sbf(i，j)中任意一次的水声时标信号，采用下述公式进行分数阶傅里叶变化，所述公式为：

[0093]

[0094] 式中，n为整数，Fp为分数阶傅里叶变换的算子符号，P为分数阶傅里叶变换的阶，α＝pπ/2，0＜|p|＜2，0＜|α|＜π；

[0095] 步骤S132：构建下述公式：

[0096]

[0097] 式中，fs为地震仪水声时标信号的采样频率，N为采样点数，K为线性调频信号的调频率；

[0098] 步骤S133：以a0为中心，在±d的范围内以步长为Δd，对滤波后的水声时标信号Sbf(i，j)迭代计算不同阶数下分数阶傅里叶变换的振幅峰值；

[0099] 在实际中，将a0为中心，在±d的范围内如±5％范围内，以步长为Δd如0.0001大小，对滤波后的水声信号Sbf(0，1)迭代计算不同阶数下分数阶傅里叶变换的振幅峰值。

[0100] 步骤S134：通过判断信号在U域中会聚性最好，最大振幅峰值最高得到该水声时标信号在分数阶傅里叶变换下对应的最优旋转角度aopt。

[0101] 步骤S140：对滤波后的水声时标信号进行截取，利用所述最优旋转角依次进行分数阶傅里叶变换，获得每次水声时标信号到时最大振幅，记Fp(i)。

[0102] 步骤S150：利用每两次所述水声时标信号最大振幅偏差确定该间隔时刻内地震仪内部时钟偏差；

[0103] 在一些较佳的实施例中，在利用每两次所述水声时标信号最大振幅偏差确定该间隔时刻内地震仪内部时钟偏差的步骤中，具体为：

[0104] 步骤S151：利用地震仪采集到的水声时标信号到时最大振幅Fp(i)，对应分数阶傅里叶变换变换下U域的采样点号为u(i)，记第一次采集到水声时标信号最大振幅Fp(0)对应的采样点号u(0)为零时刻；

[0105] 步骤S152：通过下述公式，计算水声时标信号的到时差为

[0106]

[0107] 式中，Δt(i)为地震仪在i次水声时标信号的到时偏差，fs为地震仪水声时标信号的采样频率，aopt为分数阶傅里叶变换下的最优旋转角。

[0108] 步骤S160：根据所述的内部时钟偏差对采集数据进行重采样校正，得到时钟同步数据。

[0109] 可以理解，重采样校正的计算原理是在已有的等采样间隔的时间轴上，取该时段时钟偏差作为校正量。首先对时间序列偏移整数倍的采样间隔。对小于一个采样间隔的剩余钟差值，先对时间序列进行插零。插零的个数视剩余钟差值的有效位数。然后对信号进行FFT，去掉高于原奈奎斯特频率的成分，再通过IFFT得到插值后的信号。最后根据剩余的钟差值，对信号进行偏移、降采样，得到校正后的高精度时钟同步数据。

[0110] 实施例2

[0111] 请参阅图2，为本发明实施例2提供了一种地震仪采集数据时钟的方法的结构示意图图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

[0112] 在图2中，本发明提供的地震仪采集数据时钟的装置，包括：

[0113] 信号获取单元110，用于获取水声时标信号。

[0114] 在一些较佳的实施例中，所述信号获取单元110包括：设置在目标区域内的水声发射装置、在所述目标区域内间隔布设地震仪，按照所述水声发射装置发射的次数，依次标记为1，2，3，...；

[0115] 所述地震仪记录的水声时标信号记作S(i，j)，其中，i表示地震仪的编号，j表示采集到的水声时标信号的次数。

[0116] 滤波单元120，用于对所述水声时标信号进行带通滤波，获得滤波后的水声时标信号；

[0117] 在一些较佳的实施例中，滤波单元120包括，具体包括：

[0118] 离散傅里叶变换模块，用于对所述水声时标信号S(i，j)进行离散傅里叶变换；

[0119] 频率域转换模块，用于采用下述公式，将采集信号由时间域转变为频率域，所述公式为：

[0120]

[0121] 式中，X(k)表示DFT变换后从时间域到频率域的结果，x(n)表示水声时标信号的时间序列，k和n表示相同的采样点数；

[0122] 第一计算模块，用于根据线性调频水声时标信号的有效频带范围f1-f2，将X(k)中频带范围f1-f2以外的数据置0后，对X(k)数据进行离散傅里叶变化逆变换，得到滤波后的水声时标信号Sbf(i，j)。

[0123] 旋转角计算单元130：用于对滤波后的水声时标信号进行分数阶傅里叶变换计算水声时标信号的最优旋转角；

[0124] 在一些较佳的实施例中，旋转角计算单元130具体包括：

[0125] 分数阶傅里叶变化模块，用于选取滤波后水声时标信号Sbf(i，j)中任意一次的水声时标信号，采用下述公式进行分数阶傅里叶变化，所述公式为：

[0126]

[0127] 式中，n为整数，Fp为分数阶傅里叶变换的算子符号，P为分数阶傅里叶变换的阶，α＝pπ/2，0＜|p|＜2，0＜|α|＜π；

[0128] 构建模块，用于构建下述公式：

[0129]

[0130] 式中，fs为地震仪水声时标信号的采样频率，N为采样点数，K为线性调频信号的调频率；

[0131] 第二计算模块，用于以a0为中心，在±d的范围内以步长为Δd，对滤波后的水声时标信号Sbf(i，j)迭代计算不同阶数下分数阶傅里叶变换的振幅峰值；

[0132] 在实际中，将a0为中心，在±d的范围内如±5％范围内，以步长为Δd如0.0001大小，对滤波后的水声信号Sbf(0，1)迭代计算不同阶数下分数阶傅里叶变换的振幅峰值。

[0133] 旋转角判断模块，用于通过判断信号在U域中会聚性最好，最大振幅峰值最高得到该水声时标信号在分数阶傅里叶变换下对应的最优旋转角度aopt。

[0134] 振幅计算单元140，用于对滤波后的水声时标信号进行截取，利用所述最优旋转角依次进行分数阶傅里叶变换，获得每次水声时标信号到时最大振幅，记Fp(i)。

[0135] 时钟偏差单元150，用于利用每两次所述水声时标信号最大振幅偏差确定该间隔时刻内地震仪内部时钟偏差；

[0136] 在一些较佳的实施例中，时钟偏差单元150具体包括：

[0137] 零时刻获取模块，用于利用地震仪采集到的水声时标信号到时最大振幅Fp(i)，对应分数阶傅里叶变换变换下U域的采样点号为u(i)，记第一次采集到水声时标信号最大振p幅F(0)对应的采样点号u(0)为零时刻；

[0138] 第三计算模块，用于通过下述公式，计算水声时标信号的到时差为[0139]

[0140] 式中，Δt(i)为地震仪在i次水声时标信号的到时偏差，fs为地震仪水声时标信号的采样频率，aopt为分数阶傅里叶变换下的最优旋转角。

[0141] 时钟同步数据单元160，用于根据所述的内部时钟偏差对采集数据进行重采样校正，得到时钟同步数据。

[0142] 可以理解，重采样校正的计算原理是在已有的等采样间隔的时间轴上，取该时段时钟偏差作为校正量。首先对时间序列偏移整数倍的采样间隔。对小于一个采样间隔的剩余钟差值，先对时间序列进行插零。插零的个数视剩余钟差值的有效位数。然后对信号进行FFT，去掉高于原奈奎斯特频率的成分，再通过IFFT得到插值后的信号。最后根据剩余的钟差值，对信号进行偏移、降采样，得到校正后的高精度时钟同步数据。

[0143] 请参阅图3，为本发明实施例1或实施例2提供的工作布置图，水声发射装置发射固定频率的线性调频信号，海底探测仪器200对采集到的10khz-14khz线性调频信号进行分析，在传输介质环境和相对位置不变的情况下，当通过采集到的两次固定间隔的线性调频信号后作为一次标准的信号到时(本次设定水声发射装置300发射信号频率为每小时发射一次线性调频信号)，采集接收时间间隔的变化就是海底探测仪器内部时间的偏差。通过该偏差对数据进行重采样校正，从而达到提高数据时钟精度的目的。

[0144] 请参阅图4，是模拟接收到的水声信号测试图。图4中模拟了一段采样率为46kHz，长度为100ms的数据，其中LFM信号位于第20-30ms，LFM信号时长10ms，中心频率为12kHz，带宽4kHz，调频率为400kHz/s，为了模拟海底接收到的水声信号，在原LFM信号基础上叠加了0dBW白噪声作为实际处理的采集水声时标信号。由上述计算方法经过FrFt最优旋转角变换得到的振幅图，可以看到在最大振幅对应时间20ms位置与LFM信号发射时间对应。经过多次模拟不同背景噪声的信号和实际测试结果，测试的时钟精度符合高清。在实际应用中由于水声发射装置与海底探测仪器的相对位置不变，水声发射装置利用高精度原子钟以固定间隔发送水声时标信号，以第一次采集识别到的水声信号到时作为初始时刻，多次采集识别出的信号到时的变化就是仪器内部的时钟偏差，通过该偏差对该时段采集数据进行重采样校正，就可以得到高精度的时钟同步数据。

[0145] 本发明提供的地震仪采集数据时钟的方法及装置，对获取的所述水声时标信号进行带通滤波，获得滤波后的水声时标信号，对滤波后的水声时标信号进行分数阶傅里叶变换计算水声时标信号的最优旋转角；对滤波后的水声时标信号进行截取，利用所述最优旋转角依次进行分数阶傅里叶变换，获得每次水声时标信号到时最大振幅，利用每两次所述水声时标信号最大振幅偏差确定该间隔时刻内地震仪内部时钟偏差；根据所述的内部时钟偏差对采集数据进行重采样校正，得到时钟同步数据，本发明提供的地震仪采集数据时钟的方法及装，将具有大时宽带宽乘积的线性调频信号，作为一种脉冲压缩信号应用在水声时标信号中克服海洋环境的复杂性和多径效应的影响，通过多次定时的发射线性调频信号，从而对单一频点的干扰进行一定的抑制作用，在远距离情况下保证了信号具有更好的性噪比。

[0146] 此外，本发明提供的地震仪采集数据时钟的方法及装置，在回收海底探测仪器后，利用分数阶傅里叶变换(FRFT)对LFM信号具有能量聚集性的特点对采集到的水声时标信号进行快速的到时识别，能够很好的抑制时频分析时交叉项以及混响、噪声背景下存在的多普勒影响，得到准确的水声时标到时，通过计算进而得到海底探测仪器采集内部的时钟偏差，该方式具有计算方法精度高，计算量与FFT相当，校正后的时钟偏差不随采集时长增加而累积等特点。

[0147] 当然本发明的地震仪采集数据时钟的方法还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。