基于Hilbert-Huang变换的瞬变电磁噪声压制研究与应用

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瞬变电磁法作为电法勘探中一个重要的分支,受地形影响小,工作效率高,对低阻体分辨率好,且是纯异常测量,因此,瞬变电磁法广泛应用于深部金属矿勘察、地热开发,油气及水资源勘查等领域。但在野外实际数据采集过程中,瞬变电磁容易受到周边各种噪声干扰,尤其对于晚期数据,能量低,信号弱,噪声的存在严重污染了有用信号,容易在数据处理过程中造成虚假异常。因此,寻找合适的去噪方法来处理实测数据,提高数据分析质量,对于获取更为准确的地下地质信息,具有重要的意义。通过大量阅读文献,总结出瞬变电磁法野外常见的噪声干扰,并分析噪声产生机制以及噪声特点,EMD分解作为一种已被证实的信号处理方法,已广泛应用于数据处理中。通过推导HHT变换原理,了解EMD分解机理。针对EMD分解边界效应影响,本文采用多项式拟合法,通过对端点处插值出端点以外的数据,来抑制端点效应。根据天电噪声特点,本文采用了Alpha稳定分布来对天电噪声进行模拟,通过改变幅值再加入到理论模拟中进行干扰信号仿真,并分析受天电干扰后曲线来设定阀值。根据TEM衰减近似指数规律,然而在某一时窗内,数据可以用多项式拟合函数来进行拟合,通过插值方法对含天电干扰部分进行插值来替换天电干扰后的数据,实现对天电干扰的去噪,并与MATLAB平滑滤波处理结果进行对比,结果表明前者拟合效果较好,效率低,后者虽能够压制噪声,但效果不如前者。在理论数据上加入分别不同强度的高斯白噪声,其曲线形态随噪声强度越大,畸变形态越明显。最后利用EMD分解方法进行分解,通过时频分析,对噪声的经验模态函数置零,对有用信号进行合成,达到消噪目的。工频干扰影响极大,文中分别模拟了不同强度的50Hz谐波,混合频率信号,以及同时加入高斯白噪声与正弦波分别加入到理论数据中,分析了影响规律,同时借助EMD分解,对含谐波干扰曲线进行不断分解,通过去噪前后数据曲线对比,EMD处理后的数据与原始数据吻合程度高,表明希尔伯特-黄变换在处理噪声方面有不错的效果。最后本文通过一个实例,给出一套瞬变电磁数据处理流程,通过前期数据筛选,利用EMD方法对数据预处理,并与原始数据对比,表明该方法实用性。
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