[發明專利]一種基于FPGA的地震波正向延拓方法

在審

• 申請號: 202110017633.3
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112596105A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 楊文珺;陸敏旻
• 申請（專利權）人: 上海雪湖科技有限公司
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28;G01V1/36
• 代理公司: 上海浙晟知識產權代理事務所(普通合伙) 31345
• 代理人: 楊小雙

本發明涉及到油氣勘探技術領域，尤其涉及到一種基于FPGA的地震波正向延拓方法，該方法通過震源波場的計算、邊界輔助波場計算、波場合成計算，其中震源波場的正向延拓涉及到吸收邊界計算、波動方程求解，當前邊界選取為PML；本發明基于FPGA的地震波正向延拓方法，其波場正向延拓過程在FPGA上的實現，可以做到計算過程不依賴CPU，進一步減少與CPU交互、數據流轉的時間，從而加速整體計算過程。

技術領域

本發明涉及到油氣勘探技術領域，尤其涉及到一種基于FPGA的地震波正向延拓方法。

背景技術

隨著油氣田勘探程度的不斷深化,普通易探明油氣田幾乎沒有剩余，但油氣資源又是現代工業所必須產品，故只能向結構復雜地域、海洋進行探索?，F有成像方法多使用克?；舴蛏渚€法來進行成像處理，此方法對鹽下構造、復雜地質構造探照度不夠，從而使用逆時偏移(RTM)方法來對地下地質結構進行成像。這是一種基于波動方程在時間-空間域用高階差分方方程求解聲波偏微分方程的成像方法，此方法可以真實的模擬波在地下的傳播過程，無傾角限制，適合海洋及復雜地質結構，在復雜三維結構成像方面有明顯優勢，成像精度較射線法更高，其中最重要的過程為正向延拓過程，學術界及工業界均有大量正演計算需求。

在油氣地質勘探過程中使用逆時偏移方法進行成像涉及到對波動方程的求解，此過程計算量巨大，現有技術方案使用的為GPU加速卡進行多核多線程，相較于傳統使用CPU計算有較大的提升。

但在現今階段GPU加速卡價格昂貴且功耗高，現有方案均是通過調用NVIDIA公司發布CUDA平臺調用GPU進行并行計算，但GPU實現的為通用計算，會進行大量的調度，且僅對算法部分流程進行加速，CPU與GPU要頻繁交互，從而造成有效計算占比低，最終導致并行計算速度低。

FPGA(Field Programmable Gate Array)即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物，它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路出現的，是可編程的邏輯列陣，能夠有效的解決原有的器件門電路數不足的問題。FPGA的基本結構包括可編程輸入輸出單元，可配置邏輯塊，數字時鐘管理模塊，嵌入式塊RAM，布線資源，內嵌專用硬核，底層內嵌功能單元?；贔PGA的可定制，可編程的特性，可以針對算法求解過程做了等價變形，使得在計算時充分發揮FPGA芯片的并發性能，使得計算指令無需等待，以流水的方式實現無縫連接的計算，省去了CPU、GPU等傳統馮諾依曼架構芯片的指令調度、指令執行等待、數據搬運時間，從而大大加速了計算過程，據統計比同價位GPU快5倍以上，較CPU快百倍以上。

發明內容

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種基于FPGA的地震波正向延拓方法，本發明利用了FPGA硬件特性，針對正時延拓過程進行了實現，對計算過程進行合理拆分、組合，從而達到流水的方式對數據進行計算,充分利用硬件資源，較現有GPU方案同精度下更快，功耗更低。

一種基于FPGA的逆時偏移成像方法，該技術方案利用了FPGA硬件特性，針對正時延拓過程進行了實現，對計算過程進行合理拆分、組合，從而達到流水的方式對數據進行計算,充分利用硬件資源，較現有GPU方案同精度下更快，功耗更低。

一種基于FPGA的地震波正向延拓方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟S1：將需要計算的對應坐標數據從存儲介質中傳入FPGA芯片中，FPGA芯片將該數據從內存中讀取到芯片內部等待計算信號，其中，對應坐標數據有震源波場W、速度模型V、初始波場P₀、初始輔助波場B₀；

步驟S2：接收到計算信號后，對震源波場W、速度模型V、初始輔助波場B₀以及初始波場P₀進行順序組裝；

步驟S3：在初始波場P₀子波對應坐標加上子波值；