基于经验模态分解与独立成分分析的航空瞬变电磁去噪方法研究

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本文基于国家重大研发计划项目“典型覆盖区航空地球物理技术示范与处理解释软件平台开发”之课题“航空地球物理数据综合处理解释方法研究及软件开发”(编号:2017YFC0602202)对航空瞬变电磁数据预处理中随机噪声和工频噪声的压制方法进行了研究。航空瞬变电磁法作为近些年瞬变电磁法发展的一个重要方向,由于其效率高、节省人力和地形适应性强等特点,决定了其可以在人类难以进入的例如高山、沙漠、湖泊沼泽、森林覆盖等地形条件差地质环境复杂的地方进行既方便又快捷的勘探。但是航空瞬变电磁法由于其以飞行器作为载体,因此其所测得的数据极易受到噪声干扰。为了后续的反演计算解释和精度的提高,必须加强对航空瞬变电磁数据噪声压制的研究。尽管目前针对航空瞬变电磁去噪的方法种类繁多,但是仍缺乏更好的去噪方法。为此,本文将基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,简称EMD)与独立成分分析(Independent Component Analysis,简称ICA)这两种理论对航空瞬变电磁测量过程中所遇到的随机噪声和工频噪声进行处理,以期能大幅提高航空瞬变电磁数据的信噪比。本文首先通过对经验模态分解理论和独立成分分析理论的总结分析,引出这两种方法的结合点,进而给出了联合去噪的基本方法以探究其在航空瞬变电磁数据中对噪声的压制效果,并给出了相应的去噪流程,即通过EMD将航空瞬变电磁信号分解为多个本征模态函数(Intrinsic Mode Function,简称IMF),然后依据相关准则对分解后的IMF进行噪声与信号分界的判定,最后将重构后的噪声与含噪信号作为ICA的输入,以达到去除噪声的目的。为了说明去噪效果,通过对一维和三维正演的航空瞬变电磁数据进行噪声的干扰模拟,并分别利用EMD和EMD-ICA的联合方法对加噪后的正演数据进行去噪研究,得出无论是对于随机噪声还是工频干扰,或是两者的混合噪声,EMD-ICA方法的去噪效果都要明显的优于EMD去噪方法。最后对秦岭某地的航空瞬变电磁实测资料中的一条测线利用EMD-ICA方法进行去噪处理,通过去噪前后的对比,得出EMD-ICA方法在实测数据中能够很好的达到去噪保幅的目的。充分说明了该方法在航空瞬变电磁数据预处理中的适用性。
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