希尔伯特-黄变换在地质雷达资料处理中的应用

• 作 者: 许强
• 机 构: 中国地质大学(武汉)
• 出 处: 中国地质大学(武汉)
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 希尔伯特变换 地质雷达 噪声处理 资料处理

希尔伯特-黄变换是首先对信号进行黄变换分解，然后对其分解所得的各个分量进行希尔伯特变换的一种算法。本文运用该算法的在时频分析上的优点，将其应用于地质雷达资料的分析与处理中，目的是：(1)在时频域内能够更加精细地刻画地质雷达记录以分析信号的形态特征，以获取特定的或有利的地下地层信息；(2)应用黄变换的自适应分解特性等优点，对含噪地质雷达数据进行噪声的剔除处理，以得到信噪比品质较好的地质雷达剖面；(3)应用获取瞬时属性的方法流程，对实际地质雷达数据进行相应属性剖面的提取，并应用这些属性剖面进一步验证或突出原始地质雷达剖面中的波阻抗界面以及剖面中的一些细微构造特征。　　
本文的研究方法是希尔伯特-黄变换时频分析方法，它是黄变换与希尔伯特变换相结合的算法，黄变换可将原始信号自适应地分解成一系列本征模态函数分量，一般为有限数量之和，而后对每个本征模态函数分量进行希尔伯特变换就可以获得有意义的瞬时频率，从而能够给出频率随时间变化的精确表达。根据该算法的优点与特性，本文对其进行了数值算法模拟，并且在地质雷达资料分析处理中进行了实际应用。在数值算法模拟部分，证明了黄变换分解算法所得的分量在频率成分方面非常纯净，因此证明它是一种非常优越的信号分解算法；通过对其分解算法的改进，端点发散现象也得到了有效的压制，同时该方法的完备性与正交性也都得到了正确的验证。　　
地质雷达资料和地震资料在分析处理上有一定的相近之处，希尔伯特.黄变换在地震资料的处理方面已经取得了一定的应用，得到了比较好的效果。但是在地质雷达资料的处理之中，还未见前人有所应用，因此本文将希尔伯特.黄变换与地质雷达资料的处理相结合，以求获得更好的处理效果。　　
在地质雷达信号与资料的分析和处理中，根据黄变换的频率分解特性，结合傅里叶变换对频率值的计算，保留了有效信号频率成分，而对含噪地质雷达数据进行数据重构，对噪声频率进行了剔除处理，所得地质雷达剖面干净、有效，反射地层同相轴清晰；最后，运用希尔伯特-黄变换对实际地质雷达数据进行三瞬属性提取，得到了瞬时振幅、瞬时频率和瞬时相位剖面，应用这些属性剖面可以进一步帮助对原始剖面中的界面进行识别。　　
本文研究结果表明希尔伯特.黄变换具有很好的时频分辨能力，在地质雷达属性剖面提取方面的应用有助于对原始剖面中的细微构造特征和岩性界面进行较好的分辨和验证，在含噪地质雷达数据的噪声剔除方面能够进一步得到信噪比品质较好的地质雷达剖面，有利于对地下介质的正确识别。希尔伯特-黄变换算法及其在地质雷达资料分析和处理方面的应用仍然具有较好的发展空间，值得进一步探讨与研究。