实时信号小波分析中边界处理方法及应用

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在石油钻井事故预警系统的设计过程中,数据处理是其中一个重要的环节。如钻井数据得不到正确的处理,对预警系统的设计将会产生很大的影响,使一些事故得不到准确及时的预报,以致酿成重大的财产损失,所以对钻井数据进行正确的处理十分必要。小波滤波方法是公认的滤波效果较好且实用的滤波方法。在小波滤波的推导过程中,是在假定信号无限长的情况下做出的推导,但在实际的工程中,我们遇到的都是有限长的信号,当小波滤波器和信号进行卷积运算时出现了轮空计算,这样得到的重构信号的边界就会出现失真现象。本文在第三章谨细地分析了边界效应产生的理论根源。为了解决小波的边界效应出现了很多边界处理方法,其中最常见的方法就是对信号进行边界延拓,常见的延拓方法有零延拓、周期延拓、对称延拓、平滑延拓等。本文在第三章对这几种方法进行了简单的介绍,由于这几种延拓方法的自身缺点,其适用范围有了很大的限制。针对石油钻井信号的特点,本文采用最小二乘曲线拟合方法对信号进行边界延拓,经过仿真比较,曲线拟合延拓和标准延拓的误差最小,取得了良好的效果。在对石油钻井信号进行滤波时,当前时刻信号始终位于滤波窗的最右端。由于边界效应,最右端信号的处理效果最差,所以当前时刻信号会出现失真。为了使当前时刻信号位于滤波的最佳输出段,本文拟采用最小二乘曲线拟合方法在当前时刻信号的右端延拓一段数据,使当前时刻信号位于滤波窗的中部。通过第四章的仿真可以看到,经右边界延拓的重构误差远小于未经右边界延拓的重构误差,取得了良好的重构效果。本文对不同长度滤波窗和不同阶次的拟合进行了仿真比较,根据不同特点的信号可以选择不同的滤波窗长度和拟合的阶次,充分说明最小二乘曲线拟合延拓具有很强的通用性、灵活性和信号特点的跟随性。
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