小波理论在探地雷达信号处理中的应用

探地雷达(ground penetrating radar—GPR)系统已成为浅层地下探测的有效手段并在地质勘探、城市建设、水文勘测、环境工程、考古等领域发挥着重要作用．信号处理质量是雷达技术能否成功运用的关键．本文对近年来探地雷达信号处理方面的文献进行了综合,对探地雷达技术中常用的数据处理技术作了阐述,重点分析了小波理论在探雷达信号处理中的应用,最后就小波变换理论在探地雷达中的应用前景提出了一些展望．     

地下管线探测雷达图特征分析

地下管线探测是测绘和物探专业相结合的一项工作,对地下非金属管线探测目前最适用的方法是探地雷达法.为提高探地雷达探测地下管线的效率和探测准确性,使管线探测专业人士可以更好的掌握探地雷达探测地下管线技术,本文通过理论分析探地雷达探测地下管线的工作原理及在北京市近45000 km地下管线基础信息普查工作中大量实验,对不同管径、不同埋深、不同材质的管线进行雷达探测,对比分析各种管线雷达图像的特征.文章分析出管线管径的不同表现在雷达图上是抛物线水平距离跨度的不同,管径越大,水平距离跨度越大.管线埋深的不同则表现在雷达图抛物线拖尾部分水平距离不同,埋深越深则拖尾部分跨度更长.不同管径和埋深的管线在探测的时候需要采用不同中心频率的雷达天线进行探测.管线材质的不同则特征更明显,直接表现在有无多次波出现和多次波的强弱、是否屏蔽深层有效信号、同相轴相位表现形式及波形特征等各个方面.该研究成果可指导今后城市地下管线普查和管线竣工验收时的管线探测工作.     

基于小波熵的地下管线探地雷达频率波数偏移成像研究

地下管线实际形状与准确位置的确定是探地雷达图谱解释的主要内容之一.制约管线探地雷达反射归位精度最主要的因素是电磁波在地层中的传播速度,如何准确确定电磁波传播速度是探地雷达偏移处理能否成功的关键.为便于对探地雷达图谱特征进行定量解释,开展了不同大小、埋深与重叠等情况管线的正演模拟与模型实验.结合小波熵理论与频率波数偏移成像方法,提出了一种基于小波熵的探地雷达频率波数偏移成像方法,将其应用于地下管线正演模拟与模型实验探地雷达信号偏移处理.研究结果表明:探地雷达图像经基于小波熵的频率波数偏移处理后,电磁波速度的估计值与真实值误差可控制在2％以内;随着管线管径大小与埋置深度的增加,绕射双曲线的开口弧度不断增大,管与管之间绕射波交叉干扰越严重;探地雷达信号经基于小波熵的频率波数偏移处理后可大大提高图像的分辨率,压制了多次波的干扰,使绕射双曲线更收敛,能量更聚焦,从而有利于地下管线实际形状与具体位置的准确提取.研究结果对城市地下管线探地雷达图谱解译工作提供技术支持.     

FDTD数值模拟在GPR管线探测中的应用

探地雷达是一种非常重要的管线探测技术,为了提高地下管线雷达图像特征的认识,确定管线异常体的位置,提高雷达资料的解释精度.论文从Maxwell两个旋度方程出发,推导了二维TM波的差分方程、CFL数值稳定性条件、频散关系.然后,基于Matlab平台编写了探地雷达正演的FDTD程序,应用该FDTD程序开展了管线探测中探地雷达探测效果分析,包括对管线埋藏深度、管线间距、管线内物质、管线材质等影响因素的数值模拟.通过分析雷达正演剖面特征,可以清晰了解并掌握雷达管线探测与各种影响参数之间的关系,对实际地下管线探测可起到指导作用.最后,将GPR应用于武广高速浏阳河隧道管线探测中,GPR准确地定位了PVC通迅电缆的位置在埋深,为工程施工与处置提供了依据.     

多重自相关在微弱低频电磁信号检测中的应用

低频电磁信号在地下电性结构探测中具有重要作用,经过长距离传播,信号衰减,可能被淹没于噪声中.利用多重自相关检测方法,对微弱低频电磁信号进行检测,并与自适应滤波法和离散小波变换法进行对比.利用Matlab对3种算法进行仿真研究.结果表明,多重自相关法能更好抑制噪声,有效检测微弱信号,检测性能优于小波变换法和自适应滤波法.     

基于双树复小波包变换的地震信号分析方法

尝试性地将一种双树复小波包变换方法应用于地震信号分析中 .复小波包变换综合了实小波包变换与连续复小波变换各自的优点 ,不但能提取信号的相位信息 ,而且选取与被分析信号相频特性相匹配的复小波包 ,可以对信号产生更好的“聚焦”作用 .本文描述了一种双树复小波包变换算法 ,并给出了模拟信号及实际地震记录的分析实例 .研究结果表明 ,双树复小波包变换是分析具有非线性相位地震信号的一种较为有效的方法 .     

城市地下管线探测研究进展与发展趋势

地下管线是城市基础设施的重要组成部分,是保障城市运行和发展的"生命线".但由于建设规模不够、资料保存缺失、日常管理不足等原因,对于地下管线的精准探测变得愈加困难.为此,本文对国内外关于地下管线探测的文献进行了系统调研,详细梳理了常见地下管线的分类、材质、规格以及敷设方式,分析了不同管线的地球物理特征,并重点介绍了当前应用于管线探测的主流地球物理方法(如电磁感应法、探地雷达法等)和非地球物理方法(如惯性陀螺仪定位法、声学探测法等)的应用原理、发展概况、探测优势与应用局限.总结得知,无论是单一探测法,还是综合探测法,都取得了不错的应用效果.其中,利用电磁感应法探测金属管线优势明显、效果显著,包括追踪小口径电力、通讯电缆都能保证较高的精度.而探地雷达则是当前探测非金属管线的首选工具.两种方法互为补充,是地下管线探测应用最普遍的技术,但其抗干扰能力和仪器的探测精度仍有待进一步提高.同时惯性陀螺仪定位法、声学探测法等非地球物理方法也在近些年逐渐得到应用和推广,对主流的地球物理方法做了很好的补充.随着科技不断发展,地下管线探测技术与3S、信息网络、数字测绘等技术联合应用,建立健全集成统一的地下管线信息系统将是未来发展的必然趋势.     

基于双树复小波包变换的地震信号分析方法

尝试性地将一种双树复小波包变换方法应用于地震信号分析中. 复小波包变换综合了实小波包变换与连续复小波变换各自的优点，不但能提取信号的相位信息，而且选取与被分析信号相频特性相匹配的复小波包，可以对信号产生更好的聚焦作用. 本文描述了一种双树复小波包变换算法，并给出了模拟信号及实际地震记录的分析实例. 研究结果表明，双树复小波包变换是分析具有非线性相位地震信号的一种较为有效的方法.      

沙堆内小型管线的探地雷达模型实验研究

地质雷达作为一种新的探测技术,广泛应用于城市管线探测、特别是非金属管道(直径Φ为150～400 mm)探测,取得了良好的效果,但是对小口径管道的探测研究不多.本实验是对埋于中等湿度、均匀介质沙堆内的Φ为40～150 mm的管线不同组合模型,进行900 M、600 M、200 M雷达反射波图像观测,探讨单管、双管、三管的图像特征,研究探地雷达图像的影响因素.研究结果显示:雷达探测的实际分辨率达不到理论分辨率;高频率天线图像精细,适合探测浅小的管线;管道充填水后,多次波明显增强;路面街砖会削弱雷达的管线异常信号,出现类似倾斜岩层等干扰信号;利用多次反射波可求得管径.本实验有助于我们在城市地下管线探测中能够快速准确地识别各类地下异常体的探地雷达图像.     

高频电磁法检测地下管线周边地质病害体的应用研究

地下管线是城市生存和发展的基础,近年来随着城市地下空间的开发利用,管线周边形成了各种各样的地质病害体.为了有效预防这些病害体对地下管线安全运行的影响,本文在分析高频电磁波传播机理及影响因素基础上,研究了利用探地雷达检测地下管线周边病害体的技术方法.探地雷达工作参数的配置选择、干扰波的有效处理及雷达图像的精准识别是检测地质病害体的关键,重点从这三个方面进行了分析研究.天线中心频率、采样率、测点点距等工作参数最佳优化组合,确保了检测检测目标体的效果;增益调整、频率滤波、点平均等对干扰波的处理,有助于获得高信噪比,可获得高分辨率的雷达图像;根据雷达剖面图上异常波形特征来判断识别脱空、空洞、疏松体和富水体等地下病害体的位置及大小.这些问题的解决可为探地雷达检测病害体提供可靠技术支撑.最后结合工程实例,与其他方法对异常体的对比分析,验证了高频电磁法在检测地下病害体的的可行有效性,也为开展地下管线周边病害体的治理提供了科学依据.     

小波变换在数字化水位观测资料分析中的应用

小波变换是近年兴起的信号处理方法,具有良好的时频局部化特征。它不但可以准确地描述瞬变信号的局部特征,还可以通过多尺度变换,从不同频带上观察信号的特征。利用小波变换的以上特征将其运用于数字化水位观测资料不同频率潮汐波的分离、同震水震波及震前水位长周期“前驱波”的识别、干扰与同震效应的识别等方面,都取得了较好的效果。     

小波变换及其应用

小波变换是近年来发展起来的一门新的数学分支.它适宜于分析研究信号的局部性质,对于图象数据压缩、奇性检测、非卷积型算子的化简及取样插值定理等方面都有着重要的应用,在地震勘探、大气湍流、语声合成、图象处理等许多领域中都有着广泛应用的前景.本文介绍了小波变换及其正交基的基本概念,并对它的一些重要应用作了概括的介绍.     

分析研究基于小波分析与谱分析提高重力异常的分辨能力

重力数据是所有地下场源产生的重力场的叠加，探测对象经常被淹没在区域背景场之中，因此剩余异常的分离对于重力资料研究至关重要，而近来被引入位场领域的小波算子作为了滤波器和场源分析工具，在这里我们分析研究基于小波分析与谱分析的二维离散小波变换用于提高重力异常的分辨能力，再现出由简单形状场源描述密度不均匀的几何特征.本文先介绍二维多分辨率分析小波的基本理论及其提升算法，利用对数功率谱估计平均深度方法理论，接着对理论模型数据进行多尺度异常分解，估计地质体的形状、大小和深度，最后又对实测重力数据进行分析，并与传统常规方法进行比较分析，结果表明对于实际数据分析其方法也是具有可行性的.     

南方海相地震资料脊波非线性阈值去噪方法

小波分析方法在数据处理中已得到成功广泛的应用,这主要得益于它的局部时频分析能力,但是小波分析对方向的表征能力有限。脊波变换具备优越的方向选择性能,能更好地处理含有线状变化特征的信号。本文针对低信噪比地震记录,尝试研究利用脊波变换方法对其进行处理,提高剖面资料信噪比,突出同相轴信息。在对南方某油田的实际地震资料的处理中,可以发现处理后的地震剖面同相轴品质及连续性有了明显改善,信噪比增强,分辨率相应提高,体现出了该方法相对常规小波分析方法的优越性。     

Weak Seismic Signal Extraction Based on the Curvelet Transform

Seismic signal denoising is a key step in seismic data processing. Airgun signals are easy to be interfered with by noise when it travels a long distance due to the weak energy of active source signal of the airgun. Aiming to solve this problem, and considering that the conventional Curvelet transform threshold processing method does not use the seismic spectrum information, we independently process the Curvelet scale layer corresponding to valid data based on the characteristics of the Curvelet transform of multi-scale, multi-direction and capable of expressing the sparse seismic signals in order to fully excavate the information features. Combined with the Curvelet adaptive threshold denoising the algorithm, we apply the Curvelet transform to denoising seismic signals while retaining the weak information in the signal as much as possible. The simulation experiments show that the improved threshold denoising method based on Curvelet transform is superior to the frequency domain filtering, wavelet denoising and traditional Curvelet denoising method in detailed information extraction and signal denoising of low SNR signals. The calculation accuracy of the relative wave velocity variation of underground medium is improved.     

提升小波:可用于重磁资料处理的新方法

小波变换在重磁资料处理中得到了广泛应用．通过提升结构构造的二代小波继承了一代小波的优良属性,并且具有灵活性、适应性、易于快速实现等优点．二代小波比一代小波有很多优点和好的属性,其应用范围更为广泛．本文介绍了提升结构构造二代小波的思想,并讨论了其在重磁资料处理中的应用前景．     

星载电场数据处理方法研究

给出一种新的非线性、非平稳信号的处理方法——HHT方法,并把该方法首次应用于星载电场数据处理中.以2004年9月15日菲律宾6.0级地震前两天(13日)DEMETER卫星经过震中区域上空所记录到的数据为例,对ULF频段的电场数据进行了处理,得到了相应的HHT时频图谱.另外,还利用DEMETER卫星中心网站提供的SWAN软件计算得到了相应的小波变换时频图谱,通过比较发现,虽然两种方法对异常信号出现的位置时刻的描述有相同的能力,但HHT方法在异常信号的细节描述上更为清晰,从而为今后进一步的研究工作奠定了基础.     

基于小波包变换的滤波方法

基于小波包变换的基本原理,提出了对不同频率范围的信号和噪声进行滤波处理的方法．利用该方法可将噪声与信号分离以及将不同频段信号分解,从而达到滤波的目的．仿真结果表明,小波包变换具有许多其它分析手段所不具备的优点,是一种有效的滤波方法,可应用于地震信号的预处理     

基于小波分析的结构损伤检测研究进展

近10几年来,在土木和机械领域结构损伤识别方法已引起不同领域的相关学者的极大研究兴趣。小波分析是一种新的数学分析和信号处理工具,可以对非稳态信号进行详细的时频分析,是传统傅里叶分析所不能及的,已广泛应用于土木、机械和航空工程领域中,特别是在结构损伤识别和健康监测中的应用尤为突出。本文回顾和总结了小波分析理论及其在结构损伤识别、损伤定位和损伤程度确定中的应用,对今后的研究进行了讨论和展望。     

利用小波变换提取面波群速度

选取了几种常见的小波母函数,分别提取了同一理论下的面波数据的群速度,并与理论群速度进行对比,结果表明Morlet小波提取面波群速度的效果最好.此外,将Morlet小波与常用的多重滤波提取群速度的结果进行了比较,结果表明: ① 多重滤波法非常依赖高斯滤波系数α的取值,α的取值应随面波周期的增大而减小;② 在α取值得当的前提下,在20—35 s周期范围内多重滤波法提取面波群速度的相对误差比Morlet小波小,在周期大于35 s时,两者相对误差相近; ③ 合适的α值的选取需在不同周期段耗费大量时间进行大量试验,这说明多重滤波法不具备自适应性;而采用小波变换分析短周期信号时,时间窗变窄,频率窗变长,当分析长周期信号时,时间窗变长,频率窗变窄,具有对信号的自适应性,这是小波变换相比多重滤波法的最大优点.