基于主成份分析的探地雷达信号去噪研究

探地雷达是估计地下介质分布的重要浅层地球物理方法,实际记录中包含噪声是不可避免。为了提高探地雷达(GPR)勘探资料解释的准确性和可靠性,这里利用主成份分析(PCA)理论进行了强噪声背景下的探地雷达信号去噪研究。阐述PCA的基本理论,着重讨论了PCA去噪算法的实现步骤。在时间域和频率域应用PCA去噪算法,对含噪声的合成雷达剖面分别进行去噪分析,采用L曲线法确定最佳参数K,达到最佳信噪分离效果,在时域和频域中使用最佳K值进行去噪,可以提高探地雷达数据的信噪比。以GPR实测数据为例,将PCA算法应用于探地雷达剖面数据去噪,可以在保持有用信号不丢失,幅值不失真的基础上,使噪声得到了较好地抑制,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。     

独立分量分析在探地雷达信号处理中的应用初探

针对探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)信号信噪比低、背景杂波强,事先对探测目标的信息所知甚少,近乎处于“盲”状态,因而实际处理难度大等实际问题,提出了将独立分量分析(In-dependent Component Analysis,ICA)这种盲信号处理技术应用于GPR信号处理,并利用ICA中的Fast-ICA算法,对ICA法在GPR信号处理中的应用进行了初步探索,实现了GPR信号中弱目标信号和强背景杂波的有效分离,并初步解决了对所分离目标信号的正确排序,以及由ICA方法本身带来的所分离目标独立分量信号符号的不确定性等问题,使GPR信号信噪比大幅提高,从而使GPR的目标检测性能也得以显著改善。在对诸如地雷、地下管线等局部目标的时域有限差分法(Finite-dif-ference Time-domain,FDTD)、仿真GPR数据和室外试验观测GPR数据进行ICA处理后,都取得了理想的结果。      

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     

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...     

独立分量分析及其在核探测信号预处理中的应用

针对核探测(Nuclear detector)信号信噪比低,背景杂波强;因事先对探测目标的信息所知甚少,近乎处于"盲"状态,因而实际处理难度大等问题,提出了将独立分量分析(IndependentComponent Analysis,ICA)这种盲信号处理技术应用于核探测信号处理中.并利用ICA中的FastICA算法,对ICA法在核探测信号处理中的应用进行了初步探索,实现了核探测信号中各组份信号和背景杂波的有效分离.同时初步解决了由ICA方法本身带来的所分离目标独立分量信号符号的不确定性等问题,使核探测信号信噪比大幅提高,从而使核探测的目标检测性能也得以显著改善,这表明IcA在核探测仪信号处理中具有应用前景.     

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。     

基于快速独立分量分析的自电测井信号去噪

针对自然电位测井信号中的噪声,提出了一种运用快速独立分量分析原理对自然电位测井信号进行去噪的方法。详细研究了自然电位测井信号噪声特性以及独立分量分析原理,应用基于负熵的FASTICA算法对自然电位测井信号进行去噪,并与小波去噪的效果进行比较。结果表明,该去噪方法更简单容易、去噪效果好、自适应能力强。     

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.     

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...     

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。     

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)。     

基于Hilbert-Huang变换的探地雷达信号增强及复信号分析

阐述了Hilbert-Huang变换原理,着重讨论了EMD分解应满足的条件及具体分解过程.以黑麋峰抽水蓄能电站进厂交通隧洞实测GPR剖面为例,应用EMD分解去除部分噪声,再利用Hilbert变换求取GPR剖面复信号,提取瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率3个参数,绘制出相互独立的瞬时参数剖面图,根据不同地质状况进行多参数综合解释.结果表明,该方法避免了使用单一时距剖面分析所造成的解释偏差,能够更好地对异常信息做出反映,提高了GPR数据的解析精度.     

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。     

基于EMD去噪方法研究及其在地质勘探中的应用

论述了EMD分解的基本原理,研究了利用EMD分解进行信号去噪的方法.EMD把信号按照不同的特征尺度分解为不同频带的IMF分量,将含有噪声的高频IMF分量剔除,选择低频或者指定频带的IMF进行信号重构,即可达到去噪的目的.仿真信号与实测数据的处理结果都表明,该方法不但有效地去除信号中的确定性噪声和随机噪声,而且尽可能地保持了有效信号,减少了信号损失,提高了数据处理的准确性.     

基于JADE算法的地震资料随机噪声盲分离方法研究

独立分量分析是近年由盲信号理论发展起来的一种新的多维信号处理方法,在没有先验信息的情况下,能够实现源信号的分离。地震资料中常常包含随机噪声,它是由各种不可预知因素综合作用而成,无统一规律。文中将ICA应用于去除随机噪声问题,在对地震数据特点进行分析的基础上,建立了随机噪声盲分离的ICA模型,并对其假设条件和固有不确定问题进行了深入分析,利用文中改进的稳健预处理算法,先去除加性高斯白噪声,然后将预处理后的数据采用JADE盲分离算法分离出有效信号和非高斯分布的随机噪声,并建立能够辨识有效信号的准则,解决了ICA分离后次序不确定问题,实现了有效信号的提取。仿真实验和对实际地震资料处理表明文中提出的算法能够有效地去除随机噪声。     

探地雷达有限元数值模拟及衰减特性探讨

从Maxwell方程组出发,推导了带衰减项与不带衰减项的探地雷达(GPR)有限元波动方程。利用matlab平台编译了二维GPR有限元正演模拟程序。通过对典型模型例子的模拟分析,给出了GPR电磁波衰减比的概念及其计算公式,加深理解了GPR电磁波在不同介质中的传播特性。在GPR正演模拟中,必须考虑衰减项的吸收作用,得到的模拟结果更符合GPR电磁波在地下介质中的传播规律,更有助于理解和掌握地下介质中探地雷达波的传播规律,对探地雷达资料的地质解释具有更好地指导意义。     

GPR探测电力工程地埋管线的技术方法

在电力工程地埋管线探测中,GPR是一种行之有效的方法。为提高管线探测的精度,降低工程施工风险,笔者从探地雷达野外数据采集开始,详细探讨了探地雷达应用于管线探测时的数据采集方法(包括测线的布设、干扰因素的避让等)和室内后续数据处理的策略。针对管线探测这一目标,采用预测反褶积技术压制多次波和非线性颜色分级的剖面显示方式是提高数据解释精度的关键,并结合电力隧道地下管线探测实例验证了本文所提方法的有效性。