一维HHT变换在探地雷达数据处理中的应用.pdf

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1、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ工程地质学报１００４－９６６５／２０１５／２３（２）０３２８０７ＤＯＩ：１０．１３５４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｅｇ．２０１５．０２．０１８一维ＨＨＴ变换在探地雷达数据处理中的应用①②①王超沈斐敏（①福州大学土木工程学院福州３５０００２）（②福建船政交通职业学院福州３５０００７）摘要探地雷达（ＧＰＲ）噪声信号通常具有非稳态、非线性特征，为去除这些噪声提高ＧＰＲ图像解译的准确性，对利用ＨＨＴ方法去噪进行了研究。首先阐述ＨＨＴ的基本理论，然后通过对探地雷达数值模拟信号中噪声的去除验证基于ＨＨＴ方法的可

2、行性，最后将该方法用于探地雷达隧道地质超前预报的数据处理中。通过研究表明：该方法可以用于探地雷达信号的去噪，通过Ｈｉｌｂｅｒｔ变换得到三特征参数图像与ＥＭＤ分解后合成图像进行对比验证，从而达到提高ＧＰＲ信号解译精度的目的。关键词希尔伯特－黄变换探地雷达信号去噪经验模态分解希尔伯特变换中图分类号：Ｐ６３１３文献标识码：ＡＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＯＦＯＮＥＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬＨＨＴＴＲＡＮＳＦＯＲＭＴＯＧＰＲＤＡＴＡＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ①②①ＷＡＮＧＣｈａｏＳＨＥＮＦｅｉｍｉｎ（①ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉ

3、ｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０００２）（②ＦｕｊｉａｎＣｈｕａｎｚｈｅｎｇＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＣｏｌｌｅｇｅ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０００７）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｎｏｉｓｅｓｉｇｎａｌｏｆｇｒｏｕｎｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇｒａｄａｒ（ＧＰＲ）ｕｓｕａｌｌｙｈａｓｔｈｅｕｎｓｔｅａｄｙａｎｄｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．ＴｏｒｅｍｏｖｅｔｈｅｓｅｎｏｉｓｅｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆＧＰＲｉｍａｇｅｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ，ｄｅｎｏｉｓｉｎｇｗｉｔｈＨＨＴｍｅｔｈｏｄｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ

4、，ｔｈｅｂａｓｉｃｔｈｅｏｒｙｏｆｔｈｅＨＨＴｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．ＴｈｅｎｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆＨＨＴｍｅｔｈｏｄｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｗｉｔｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＧＰＲｄａｔａｄｅｎｏｉｓｉｎｇ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｔｕｎｎｅｌｇｅｏｌｏｇｉｃａｌａｄｖａｎｃｅｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆＧＰＲｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｕｓｅｄｉｎＧＰＲｓｉｇｎａｌｄｅｎｏｉｓｉｎｇａｎｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆＧ

5、ＰＲｓｉｇｎａｌｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙｃｏｎｔｒａｓｔｉｎｇｔｈｒｅｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｍａｇｅｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙＨｉｌｂｅｒｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｗｉｔｈＥＭＤｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｍａｇｅｓ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＨｉｌｂｅｒｔＨｕａｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ，ＴｈｅＧＰＲｓｉｇｎａｌｄｅｎｏｉｓｉｎｇ，Ｅｍｐｉｒｉｃａｌｍｏｄｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｈｉｌｂｅｒｔｔｒａｎｓｆｏｒｍ收稿日期：２０１４－１０－１５；收到修改稿日期：２０１４－１１－２０．基金项目：福建省交通厅科技

6、项目（２０１３３８）资助．第一作者简介：王超（１９８１－），男，博士，讲师，研究方向工程灾害防范技术．Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇｃｈａｏ５２４＠１２６．ｃｏｍ通讯作者简介：沈斐敏（１９５１－），男，教授，博士生导师，主要从事道路及隧道安全、安全系统工程等研究．Ｅｍａｉｌ：ｆｅｉｍｓｈｅｎ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ２３（２）王超等：一维ＨＨＴ变换在探地雷达数据处理中的应用３２９（杨培杰等，２００７）。０引言１１ＥＭＤ分解希尔伯特－黄变换（ＨｉｌｂｅｒｔＨｕａｎｇ，ＨＨＴ）是由经验模态分解（ＥＭＤ）是将复杂的非平稳非线华裔科学家黄鄂等在对时频的研究基础上提出来的性

7、信号分解为有限阶固有模态函数和残余函数，各一种主要用于非平稳、非线性信号分析的方法（侯阶ＩＭＦ与残余函数之和构成了原信号。对于待分斌等，２００９）。基于傅里叶变换的传统信号处理技解的信号需要满足３个假定条件：（１）待分解信号术，在传统的平稳信号分析与处理中发挥了重要作中至少存在一个极大值与一个极小值；（２）极值点用，但是对于非平稳、非线性信号，由于傅里叶变换间的间隔决定信号的时域特性；（３）如果信号的数是把信号的整个时域变换到频域，用其全部频率成据序列没有极值而仅仅包含拐点，可通过求一阶或分反映信号在频域内的变化，无法反映出信号局部多阶导数来表示极值

8、点，而且最终结果可通过求积瞬时变化特性，这就在处理非平稳、非线性信号时存分获得（汤井田等，２００９；徐善辉，