小波包特征提取法在探地雷达回波信号分析中的应用

论述了用三角波雷达探测地下金属目标物的原理,介绍了小波包理论,给出了小波包特征提取的算法。同时利用小波包特征提取算法对雷达回波信号进行数据处理,并给了在实验室条件下探测的结果。     

基于小波分析与Mann-Kendall法的岩溶大泉动态研究

研究地下水动态是认识地下水资源的有效手段。根据1956－2013年济南岩溶泉域大气降水及地下水水位动态监测资料,采用小波分析法、Mann-Kendall趋势检验、突变检验法研究了58个水文年泉水位对大气降水的响应,可以看出:（1）大气降水和泉水位呈现出多尺度的变化特征,长时间尺度上两者的变化周期基本相同,变化周期为16年和12年,说明大气降水对泉水位有直接影响;（2）在1956—2013年,济南泉域地下水水位具有0.65 m·（10a）-1的年际显著下降趋势,但降水具有12.65 mm·（10a）-1的不显著上升趋势,说明在人为因素影响下泉水动态的影响因素的权重发生了变化;（3）大气降水在1999年发生突变,1999年之后年降水为增加趋势;而地下水水位突变年份为1967年,1967年以后水位持续降低,2004年以后水位快速上升,泉水位未来趋势应与降水保持一致,呈上升趋势,说明大气降水并非泉水动态的唯一影响因素;（4）通过建立不同时段的多元回归模型,表明近58年来地下水水位的主要影响因素由大气降水到人工开采之间的转换,同时验证了小波分析和Mann-Kendall法研究地下水动态的适宜性和可靠性,也为济南市的保泉提供了参考依据。      

基于冲击回波法的预应力管道压浆密实性检测

首先阐述冲击回波检测方法的原理,然后通过制作试验模型构件模拟了预应力管道由空到密实的四种工况,采用冲击回波法对管道预应力注浆质量进行检测,得出如下结论:随着灌浆密实的增加,板底反射时刻和板名义厚度逐渐减小;从腹板半空方向测试,反射时刻和板名义厚度最大,管道密实的底部反射时刻和无管道处的反射时刻基本相当.最后提出预应力管道压浆中易于出现不密实的部位.通过工程实例验证了该方法的可靠性,在预应力管道损伤检测中具有一定的实用价值.     

小波分析在矿井高密度电法数据处理中的应用

矿井高密度电阻率法数据由于受地电干扰、地形、接地电阻等因素的影响,通常会遇到具有一定水平尺度和垂向幅度的类似尖脉冲假异常。在数据处理过程中,对于高幅度和宽尺度的噪声,特别是与有用信息的幅度及尺度相近时,即使应用广泛的Donoho软阈值函数和硬阈值函数去噪,也存在着难以克服的问题。为此提出了一种基于线性软阈值的去噪方法：根据噪声尺度确定分解层数,而每一层的阈值则采用线性函数确定。通过实测资料分析可知,这种方法能有效地消除高频随机噪声和特定尺度的噪声,尤其是在处理类似尖脉冲的噪声信号时有较好的效果,同时又能较好地保持原有地质信息。     

不同小波函数对灰色模型精度影响分析

针对小波灰色模型在水文序列预测中面临的小波函数的选择问题,采用安庆站1956~2011年实测降雨量作为算例,以传统的灰色模型预测值作为参考,考虑了Haar、Db、Smy、Coif、Bior、Rbio、Dmey等7种小波基函数,通过方差和纳什系数作为模型预测评价指标,对不同小波灰色模型精度影响进行了分析。结果表明:不是所有小波函数与灰色模型耦合都能提高模型的精度;安庆站1956~2011年实测降雨量水文序列来说,db1小波函数对模型精度提高的效果最明显。     

基于小波分析的济南西郊地下水位对降雨响应机制研究

降雨是地下水的主要补给来源,准确掌握地下水位对降雨的响应机制对地下水资源的科学管理具有重要意义。文章利用济南市西郊2010—2019年月降水资料及第四系和岩溶地下水月水位资料进行季节特征统计及小波分析,结果表明：①济南市秋季地下水位最高,第四系和岩溶平均水位分别为30.28 m和29.74 m;春季地下水位最低,第四系和岩溶平均水位分别为29.44 m和28.78 m;②连续小波变换分析得出降雨的主震荡周期为0.98~1.17 a,第四系地下水的主震荡周期为0.73~1.16 a和1.17~1.74 a,岩溶地下水的主震荡周期为0.87~1.09 a和0.46~1.23 a,主震荡周期并不完全一致,反映出济南市西郊地下水动态不仅受降雨的影响,同时还受人类活动等其它因素的影响;③交叉小波变换分析表明降雨与地下水位的主共振周期均为1 a左右;第四系和岩溶含水层水位动态分别落后于降雨144.14 d和172.62 d,两者仅相差28.48 d,水力联系较为密切。以上结论说明,济南市西郊地下水动态对降雨的响应是显著和稳定的。     

常用小波及其时-频特性

小波分析以其良好的时-频局部化效果,能够用来分析时间序列不同频率的非稳定能量特征。目前,有许多可供选择的小波函数,这些函数的时频特征各不相同,根据研究目的选择合适的分析小波函数就显得非常重要。本文将针对常用的几个实数和复数小波函数,以Nino3海面季度平均温度时间序列（1871-1996,5oS-5oN, 90o-150oW）为例,分别研究了它们的时频特征,希望为实际应用过程中选择合适的分析小波提供依据。研究发现,消失矩越大,时域小波越窄,时间分辨率增强,波动幅度越大;而频域小波与时域相反。复数的Morlet小波具有良好的频率分析能力,而Mexican hat小波（Gauss函数的二阶导数）则具有优秀的时间分辨能力。相对小波的总能量谱,复数小波的实部或虚部的能量谱能够明显提高分析结果的时间分辨率,但并不影响小波的频域分辨力。     

小波变换在矿井瞬变电磁法中的应用

利用小波变换对接收的瞬变电磁信号进行多分辨率分析,通过分解与重构,从中提取有效信号,去除干扰信号,得到去噪后的信号。该方法能有效地去除干扰信号,又不会损失有用信号。实际资料处理结果表明:该方法对去除瞬变电磁晚期信号的噪声干扰有很好的效果。     

基于小波分析的TEM信号提取

在基于付里叶分析的传统去噪方法对瞬变电磁衰减曲线去噪无能为力的情况下,通过研究瞬变电磁信号的特点,将小波分析技术引入到TEM的信号提取中,采用了Sym6小波作为母函数,用Mallat算法进行TEM原始信号分解,采用不同的阈值重建信号,有效地分离了有用信号和噪声,使处理后的结果更接近于实际,得到了比较满意的去噪效果。     

航空重力测量数据的小波滤波处理

"滤波技术"是航空重力测量数据处理中的关键性核心技术之一。针对"小波"滤波这一核心技术,本文研究、设计了小波低通滤波器,用于航空重力测量数据处理。基于小波包分析方法,按估算的小波包分解层次对应的信号频率范围、低通滤波器的截止频率和小波包系数频率由小到大节点的排列顺序,优化设计小波包树。研究分析了不同小波的主要特性,选用正交或双正交小波,采用本文提出的阈值处理方案和设计的小波低通滤波器,对GT-1A航空重力勘查系统的测量数据进行了滤波试验研究。结果表明,上述滤波方法和阈值处理方案是可行的,在选用的小波中,离散Meyer小波滤波器滤波效果最佳,获得与GT-1A系统滤波结果几乎同样满意的滤波效果,二者滤波结果的均方差值在0.2～0.3 mGal之间。     

数字图像加密的小波分析方法

根据数字水印的基本原理,运用小波分析方法将伪随机序列嵌入到数字图像中,并可以通过检测判定水印的存在与否,进而鉴别图像的版权真伪。在水印检测时,可以不必使用原始图像作比对来实现盲检测。该算法具有良好的隐蔽性和稳健性,从表面上无法感知水印的存在,更不可能伪造,因此提高了图像防止伪造的能力。     

小波分析在TEM资料处理中的应用

针对瞬变电磁信号频带宽、动态范围大、晚期信号弱的特点，常规的滤波方法难以取得好的效果，提出应用多尺度小波分析进行瞬变电磁信号的去噪处理。实测资料的数据处理结果表明，小波分析能有效地区分有用信号与干扰噪声，是一种瞬变电磁信号去噪的可行实用的方法。并详细阐述了瞬变电磁信号的特点及小波去噪的原理。     

改进阈值法在二代小波变换去噪中的应用

地震信号去噪能有效提高信号的信噪比和分辨率。二代小波变换可以在不同尺度上对含噪信号进行小波分解和多分辨率分析,实现窗口宽度自适应调整的局部化分析。但小波变换阈值法在去噪过程中会在信号的不连续邻域会产生伪吉布斯效应,而平移不变量阈值去噪方法通过平移-去噪-平均的思想可以很好的解决该问题。因此本文在已有的二代小波变换阈值去噪的基础上将平移不变量这一改进方法应用于二代小波变换中,实现了对地震信号更加快速有效的去噪处理,并在模拟数据试算和实际数据试算中取得了良好的去噪效果。     

Improving resolution of gravity data with wavelet analysis and spectral method

Gravity data are the results of gravity force field interaction from all the underground sources. The objects of detection are always submerged in the background field, and thus one of the crucial problems for gravity data interpretation is how to improve the resolution of observed information. The wavelet transform operator has recently been introduced into the domain fields both as a filter and as a powerful source analysis tool. This paper studied the effects of improving resolution of gravity data with wavelet analysis and spectral method, and revealed the geometric characteristics of density heterogeneities described by simple shaped sources. First, the basic theory of the multiscale wavelet analysis and its lifting scheme and spectral method were introduced. With the experimental study on forward simulation of anomalies given by the superposition of six objects and measured data in Songliao plain, Northeast China, the shape, size and depth of the buried objects were estimated in the study. Also, the results were compared with those obtained by conventional techniques, which demonstrated that this method greatly improves the resolution of gravity anomalies. Translated from Progress in Geophysics, 2007, 22(1): 112–120 [译自: 地球物理学进展]     

小波分析在急倾斜煤层开采沉陷监测数据分析中的应用

本文针对急倾斜煤层开采沉陷地面监测工作的实际,针对监测数据分析中噪声太大,较难发现和提取微小沉降变形信息的现状,提出采用小波分析处理变形监测数据的方法,建立了开采沉陷变形模型。以某急倾斜煤层开采沉陷的监测实例,采用matlab小波分析实现了监测数据的处理,对开采沉陷区的发展趋势进行预测,为沉陷区地质灾害的评估和预测及沉陷区土地的规划利用奠定了坚实的基础。     

爆破震动信号的多分辨小波分析

采用小波分析和快速傅立叶变换相结合的方法,对工程案例的爆破震动近、中远区的实测原始信号进行小小波分解和重构,得到重构后各子频带的时间信号及频谱,在此基础上通过Matlab语言编写程序研究爆破地震波沿各分区信号的频谱及能量分布特征。指出：爆破震动各分区的主频从大到小排序为：近区>中区>远区;随着比例距离的增加,低频带能量所占信号总能量的比例升高,高频带能量所占比例下降;频率越低的频带信号,持续时间越长;除主频所在频带外,在0～2.441 5 Hz频段（比较接近建筑物的自振频率）,爆破震动信号在水平方向占有不小的能量比例,故建筑物进行结构设计时考虑水平方向的抗震尤为重要。     

小波分析在水文学中的应用研究及展望

扼要介绍了20世纪80年代初发展起来的,被誉为数学“显微镜”的信号分析新方法——小波分析。在此基础上,综述了小波分析在水文水资源系统中的应用研究现状。展望了小波分析在该领域的未来研究趋势和发展方向。将小波分析引入水科学,不但拓宽了应用范围,而且推动了小波理论本身的发展。     

射线追踪法在南海天然气水合物速度分析中的应用

采用射线追踪法对南海北部陆坡A测线层速度进行计算,结合BSR(Bottom Simulating Reflector)、振幅空白带,以及波形极性反转等多种水合物赋存信息的分析,对水合物成矿带的速度特征进行了综合研究。结果表明:低速背景中的高速异常,是天然气水合物赋存的重要特征;高速异常体一般呈平行于海底的带状分布;在高速异常体的内部,速度也是不断变化的,一般在异常体的中心速度最高,由中心到边缘速度逐渐降低,反映在水合物矿带内部,水合物饱和度由矿体中心向边缘逐渐降低的特征。研究结果还表明,高精度速度分析不仅可以帮助寻找水合物矿点,还可以进一步判定水合物的富集层位。