第二代小波及其在地球物理数据处理中的应用

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小波分析方法是近年来在许多邻域的研究中得到广泛应用的非线性的数学方法之一,小波分析方法的最大特点是自适应性和“数学显微镜”的性质。它能根据被研究的对象自动调整相关参数,进行局部性质的分析。由于这些优点使小波分析技术近几年在地球物理数据处理方面得到了较为广泛的应用,但是由于传统小波变换具有依赖于傅立叶变换、存在大量的卷积运算,运算速度较慢,硬件实现复杂,内存占用大等缺点,使人们提出了第二代小波这一思路。第二代小波变换是从传统小波理论发展起来的,与第一代小波变换相比它有如下特点:①继承了第一代小波的多分辨率特性:②不依赖于傅里叶变换;③易实现快速算法,逆变换易实现;④可实现非线性小波变换等;⑤可处理曲面或不规则网数据。在第二代小波理论中,提升算法是构造第二代小波的关键技术之一。目前二代小波的研究还在处于起步阶段,其主要应用于图形处理。 随着地球物理的不断发展,人们在研究和应用中发现传统小波在某一些方面不能符合实际情况,如: 1.通常l:10万,l:20万以上小比例尺的重磁勘探都采用不规则测网,为了进行数据处理,往往对不规则网的数据进行网格化,再采用富立叶变换或传统小波分析方法进行处理,把离散数据网格化(如克吕金法、距离平方反比法等)会失掉大量有用的信息,因为快速富立叶变换、传统小波分析都要求数据必须是定义在等间距采样点或规则网。为了进行数据处理,把野外辛苦采集的高精度数据网格化,这样就牺牲了有用信息。 2.调和展开分析是当前高精度全球重力场模型的基础,由于全球外调和谱展开式的展开阶数不可能无限增加,而且全球外调和展开存在着只有频域的局部性而缺乏空间域的局部性的缺陷,使得地球重力场模型向高频逼近时不可能在外调和框架下有效地进行。 3.在地球物理资料的采集中,由于地形条件的影响,采样点常常偏离原来的测线(或测网),甚至我们所布的测线(或测网)根本就是不规则的。而观测值常常被各种噪声污染,我们通常采用的办法是将给定的非均匀采样数据首先转换成均匀采样数据,然后才对所得数据进行数据处理。然而,在对数据进行预处理会改变它们的统计特性(如,白噪声变成有色噪声,噪声的平稳特性也不复存在),另外对数据的前期处理和后期处理可能会影响效果,使一个最优结果变成一个次优结果。 本文首先回顾了传统小波理论并给出了第二代小波的基础理论,然后我们分别讨论了第二代小波在一维和二维条件下的预测算子与更新算子的计算方法,给出了第二代小波在处理边界问题时所采用的方法。并且通过模型试验,分析和讨论了在非规格网的条件下第二代小波的处理问题,验证了第二代小波算法的正确性和可行性;同时对比了传统小波和第二代小波在一维条件下对于不规则采样数据的处理结果,发现对于不规则网数据,第二代小波在处理后重构的结果优于传统小波处理后重构的结果,最后将第二代小波处理不规则采样数据的方法用于卫星△T数据处理,得到了较好的效果,再一次验证了该方法的可行性。 第二代小波对不规则采样数据,可直接处理,不需要先将不规则采样数据网格化,而且其运算速度快,硬件实现容易,内存占用少。正是这些优点使得第二代小波在地球物理数据处理方面有着广阔的应用前景。如采用第二代小波处理地球物理资料,它可以在数据保真压缩、不规则点采样数据以及球面或曲面数据分析、去噪、多尺度分析和边缘检测等诸多方面解决第一代小波所无法解决的问题,把地球物理资料的小波分析提高一个层次。其作用不仅是深化地球物理小波分析的理论,更重要的是使地球物理资料的处理更快速、精确。它可以应用于山区重力资料曲化平、密度成像、磁化率成像、地震层析成像、井间成像、重磁场多尺度分解、断裂体系分析、卫星重磁资料球面小波分析等。虽然二代小波理论在地球物理数据处理中有如此多的优点,然而国内关于第二代小波在地球物理中应用研究很少。
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