基于FastICA的低信噪比探地雷达信号去噪

在背景条件复杂的工区,为了提高探地雷达(GPR)勘探资料解释的准确性和可靠性,利用独立分量分析理论进行了强噪声背景下的探地雷达信号去噪研究。阐述独立分量分析(ICA)基本理论,着重讨论了基于负熵最大化的快速独立分量分析(FastICA)算法。应用FastICA算法对单道探地雷达数据和正演含噪雷达剖面分别进行去噪分析,得到去噪后的探地雷达信号。以湖北恩施彭家寨隧道GPR实测数据为例,将Fast ICA算法应用于探地雷达剖面数据去噪。研究结果表明,将FastICA算法应用于探地雷达信号处理,摆脱了传统方法参数设置的束缚,流程简单,在GPR去噪方面有独特的优势,可较好地对低信噪比的GPR原始数据进行噪声去除,有助于突出探地雷达剖面中异常体特征,达到了提高资料解释准确性和可靠性的目的。     

一维HHT变换在探地雷达数据处理中的应用

探地雷达(GPR)噪声信号通常具有非稳态、非线性特征,为去除这些噪声提高GPR图像解译的准确性,对利用HHT方法去噪进行了研究。首先阐述HHT的基本理论,然后通过对探地雷达数值模拟信号中噪声的去除验证基于HHT方法的可行性,最后将该方法用于探地雷达隧道地质超前预报的数据处理中。通过研究表明:该方法可以用于探地雷达信号的去噪,通过Hilbert变换得到三特征参数图像与EMD分解后合成图像进行对比验证,从而达到提高GPR信号解译精度的目的。     

Shearlet变换在GPR数据随机噪声压制中的应用

随机噪声是探地雷达(ground penetrating radar,GPR)数据处理存在的主要问题之一,直接影响到GPR数据后续处理及最终解释的准确性和可靠性。为了有效地去除随机噪声,同时更好地保留GPR信号的有效信息,本文提出基于Shearlet变换的GPR数据随机噪声去除方法。作为一种非自适应多尺度、多方向性的几何分析方法,Shearlet变换能够近乎最优地表示含奇异点的高维曲线。在Shearlet域,GPR数据能够得到更加稀疏的表示,通过阈值去噪的方法,有效地去除了随机噪声,使信噪比提高了4dB,最大程度地保留了GPR有效信号。利用理论和实际数据进行验证,体现了Shearlet变换阈值去噪方法的有效性和准确性。     

分形技术在探地雷达资料处理解释中的应用

将分形理论应用到探地雷达 (GPR)资料处理解释中 ,以提高探地雷达剖面的分辨率。通过建立相应的GPR的fBm模型 ,采用逐次随机增加方法 (SuccessiveRandomAdditions)对GPR数据进行细分。实验分析表明 ,分形处理是一种提取GPR高分辨率信息的非常有效的方法 ,其效果要比常规处理 (如线性滤波等 )明显 ;最后用分形技术对实际探地雷达检测剖面进行了处理 ,取得了较好效果     

基于背景矩阵减法的探地雷达杂波信号抑制方法研究

探地雷达是探测浅层地下目标并对其空间分布进行成像的重要地球物理方法之一,但在实测雷达剖面中,目标反射信号不可避免地会受到直达波和地面反射波等杂波信号的干扰。为了提高探地雷达数据解译的可靠性和准确性,需要对杂波进行抑制或去除。提出一种背景矩阵减法来抑制杂波信号,并通过两组仿真数据和两组实测数据示例与减平均道法、奇异分解法对杂波抑制效果进行对比分析,结果表明背景矩阵减法的效果明显优于减平均道法和奇异分解法,可以在保证有效信号不丢失,幅值和相位不失真的基础上,使杂波得到较好地抑制,有助于识别探地雷达剖面中目标信号的特征,提高数据解译准确性和可靠性。     

有限差分法探地雷达波动方程偏移成像

在探地雷达（Ground-Penetrating Radar,简称GPR）剖面中，由于绕射波的存在，使得资料的处理解释十分困难，其结果的准确性与真实度也会降低。针对这一问题，作者提出了探地雷达有限差分波动方程偏移法，首先进行了理论模型的实验分析，在此基础上我们对实测GPR剖面资料进行分析处理，取得了较好的成果。     

双边滤波在探地雷达数据去噪处理中的应用

在探地雷达数据的采集过程中,受外界因素影响会不可避免地混入噪声,严重干扰有效回波的识别与解译。为此,利用双边滤波算法进行探地雷达数据的去噪处理,通过在探地雷达正演记录加入高斯白噪声来模拟实测的探地雷达记录,利用双边滤波器对含噪声的合成记录进行滤波处理,结果表明双边滤波算法能除去大部分高斯噪声,突出有效回波信息,峰值信噪比(PSNR)由初始的15.8451增加到22.1477。进一步将双边滤波器用于实测记录的滤波,从滤波结果来看,噪声除去效果较好,表明双边滤波器能有效应用于探地雷达数据的去噪处理。     

应用分形技术提取探地雷达高分辨率信息

针对实际应用中对提高探地雷达分辨率的迫切需要,把fBm模型的分形技术引进探地雷达资料处理中,建立GPR的fBm模型。采用SRA算法进行GPR剖面分维计算。理论模型分析表明这是一种提取GPR高分辨率信息的有效方法,运用这一技术对工程实例进行了处理,取得了十分显著的效果。     

提高探地雷达剖面分辨率的方法

探地雷达GPR(ground penetrating radar)的有效探测深度与频率成反比,当满足一定深度后,其垂向分辨率可能不足以识别反射层的厚度.通过利用小波变换的多分辨和局部时频特性,将雷达信号中的低频成份滤掉,有效地保护了其高频成份,从而实现了对薄层的识别.对于高通滤波后的结果,采用局部阈值去噪,可以更加灵活地区分出有效信号和干扰信号,从而提高了雷达剖面的分辨率.这里运用铁路沪宁线路基检测的数据,使用小波变换进行高通滤波和去噪,其处理后的剖面更能有效地反映出路基病害的信息.     

在小波域中恢复白噪背景下探地雷达信号

针对实际中所观测到的探地雷达信号时常会被噪声污染的问题,根据小波分析和分形理论在多尺度分析和自相似本质上的一致性,从研究分数布朗运动小波系数的统计特性,分析信号和噪声对小波系数统计特性的影响,在探地雷达信号处理中引入小波分析和随机分形理论,提出了在小波域中,使用平滑因子恢复加性白噪背景下探地雷达信号。仿真实验表明,该方法能有效地恢复白噪背景下探地雷达信号,显著地提高了信噪比(由0 db提高到13.9 db)。     

高密度3D3C资料多域分步噪声压制技术的应用

针对高密度宽方位3D3C地震资料处理要求,考虑有效信号与噪声在类型、时间、频率、数据域、处理步骤、地表区域等方面存在的差异,选择多域分步去噪策略,在不损害有效信号的前提下,首先使用十字排列锥形滤波去除面波、线性噪声,然后采用低频噪声编辑去除残余面波及低频噪声,接着进行分频去噪来去除各类随机噪声,最后去除折射波。从单炮记录和叠加剖面的监控显示上都证明了该方法的有效性,资料信噪比也得到提高。     

基于匹配小波包算法的地震信号去噪

地震资料的信噪比是影响地震资料质量的关键因素之一。目前的去噪方法中,在滤波的同时会损伤有效信号,因此提出基于匹配算法的去噪方法,利用和地震信号匹配的小波包对信号进行分解,用选出的波形代表有效信号达到去噪的效果。实验分析表明,利用匹配小波包算法能够很好地压制地震信号白噪声,提高信噪比。当噪声能量小于有效信号周期能量时,小波包算法去噪效果比小波收缩阈值法好,信噪比提高5 dB ±。     

基于小波域的FastICA算法的非常规油气藏地震资料去噪

近年来,随着鄂尔多斯盆地苏里格气田开发规模的不断扩大,全数字三维地震得到广泛应用,数字检波器的高灵敏性使得地震资料噪声极其发育。因此,全数字三维地震资料叠前去噪是资料处理的关键。针对全数字三维地震资料的特点,结合盲信号分离技术的最新发展,特别是神经网络技术的最新发展应用到研究中来,建立适合于理论地震记录的盲信号分离的算法模型,对已知反射地震数据实施盲分离技术,将地震信号变换到小波域中,并用Fast ICA算法进行盲分离去噪,然后将去噪后的信号从小波域变换到时间域信号。试验结果表明,该方法得到的去噪效果较时间域内直接去噪效果好。     

局部奇异值分解法压制随机干扰

对于低信噪比资料,压制随机噪声,增强有效信号是地震资料处理的首要任务。而传统的奇异值分解去噪算法,在有效信号横向相干性较强时,去噪效果明显,但当有效信号同相轴呈倾斜、弯曲或孤立状态时,其在压制随机噪声的同时,存在滤除部分有效信号的弊端,为此通过对不同时窗内的地震数据进行拉平、奇异值分解数据重构与反拉平等处理方法,对常规奇异值分解算法进行改进,以克服其对包含非水平连续信号资料去噪效果差的局限。理论数据和实际资料的去噪结果表明,改进后的算法去噪效果明显优于常规奇异值分解法,能在保证有效波不被滤除的前提下有效提高地震资料的信噪比。     

音频大地电磁法在武山外围深部勘查中的应用

根据长江中下游九瑞矿集区武山外围地区的区域地质背景、成矿条件和岩石物性特征,在该区开展音频大地电磁测深法(AMT)的剖面性测量研究。首先对AMT原始时间域数据进行平移去噪、线性插值拟合去噪和应用经验态分解去噪,从而达到消除噪声,还原数据真实地电信息的目的,然后通过傅氏变换将时间域数据转换成频率域数据,再对频率域数据进行二维反演解释,推测了地下2 km以内的电阻率差异较大的岩性接触带和断裂构造。结合该区的地质资料和钻探结果,二维反演结果表明音频大地电磁法能够很好地探测地下目标地质体,清晰划分出标志性地电层及其分层结构。     

逆时偏移在探地雷达数据处理中的应用

探地雷达(GPR)作为一种浅部地球物理探测技术,在工程检测中得到广泛应用。为提高雷达资料的解译精度,本文将逆时偏移算法应用于实测数据处理和解释。首先,从Maxwell方程组出发推导了二维TM模式下电磁波时域有限差分(FDTD)方程、给出了CFL数值稳定性条件和数值频散关系。在此基础上,阐述了GPR逆时偏移成像原理及零时刻成像条件公式,并编制了相应GPR逆时偏移程序。为验证逆时偏移对提高成像精度的有效性,设置了两个典型空洞模型,将逆时偏移程序应用于空洞模型GPR正演数据的处理,并与克希霍夫偏移结果进行对比分析。结果表明:相比于克希霍夫偏移结果,逆时偏移剖面中反射波归位更加准确,绕射波收敛更加完全。最后,将逆时偏移算法应用于实测数据处理中,精确圈定了地下管线的空间位置,为道路的后续施工与处置提供了科学依据。     

探地雷达在桥塔塔基岩溶勘查中的应用及信号分析

以湖南省张家界—花垣县高速公路岩溶勘查为例,探讨探地雷达在竖直型岩溶勘查中的应用和效果;同时,说明复信号分析方法在探地雷达数据处理中的有效性。竖向岩溶的横向规模小,在雷达图像中相应的异常范围比较窄,异常不易分辨。首先对原始采集信号进行二维空间域滤波,再对信号进行Hilbert变换,提取雷达信号的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率,然后对这些处理后的信号进行综合分析。研究结果表明,二维空间域滤波可大大消除高频噪声的干扰,提高信号的信噪比,多参数综合分析可提高探地雷达解释的精度,最终的钻探成果也验证了反演解释结果的正确性。     

基于随机分布的断裂破碎带GPR剖面特征分析

为了验证探地雷达在查找基岩中断裂破碎带的有效性、以及进一步认识破碎带在探地雷达反射剖面上的表现特征,结合概率论和数理统计知识,通过设置断裂破碎带中介质的介电常数在一定空间范围内随机分布,建立了更为贴合实际的断裂破碎带模型,使用时域有限差分方法正演模拟其二维GPR反射剖面,较好地揭示了断裂破碎带的GPR剖面特征。通过对不同破碎程度和基岩具有不同介电常数的破碎带模型进行正演模拟,分析其正演GPR剖面的图像差异,较为深入地认识了断裂破碎带在GPR剖面上反映出的特征。最后,进一步引入工程实例,发现通过正演模拟揭示的断裂破碎带GPR 剖面特征在断裂破碎带的实际探测剖面上也是存在的,说明通过正演模拟来指导实际资料的解释是现实可靠的。     

规则静态噪声的自适应去噪方法

地震勘探测线经常要穿越工业区,不可避免地受到外界多种震源和50Hz工业电的影响,造成采集资料的大面积噪声干扰,这类干扰能量强、频带宽、且具有一定的规律性,需在叠前资料处理前有效去除。针对工业区的噪声干扰特点,提出了一种自适应零相位振幅滤波方法：即假定初至前噪声的频谱在信号区基本没有变化,据此估算出信号区噪声频谱n（w）,然后计算信号频谱s（w）,并将其反变换到时间域,从而达到去噪的目的。实例表明,去噪前后叠加剖面对应的频谱,其高频段弱信号能量明显得到提高。     

探地雷达信号消噪中的时频谱分解重排算法

为了改善现有的时频域算法对于探地雷达信号消噪效果不佳的现状,本文利用时频谱分解重排算法实现了探地雷达信号的优化消噪处理。由于采用窗口函数对信号进行划分,传统的时频变换方法得到的结果是模糊化的信号时频分布,这使得在时频消噪过程中,如果阈值取不好,信号的有用成份极容易受到损伤。而采用时频谱分解重排算法可以对信号的时频变换结果进行重排,使得信号能量更加集中在真实频率点附近,从而获得更高的分辨率,而且可以显著降低消噪过程中对有用信息损伤的几率。仿真数据和实际资料对比结果表明,时频重排谱分解算法比传统消噪方法具有更好的消噪效果。