主成分分析在航空瞬变电磁去噪中的应用-论文.pdf

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1、第36卷第2期物探化探计算技术Vol.36No.22014年3月COMPUTINGTECHNIQUESFORGEOPHYSICALANDGEOCHEMICALEXPLORATIONMar.2014文章编号:10011749(2014)02017007主成分分析在航空瞬变电磁去噪中的应用武莹1,陆从德2,杜兴忠3,余小东2(1.成都理工大学信息科学与技术学院,成都610059;2.成都理工大学地球物理学院,成都610059;3.中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院,贵阳550081)摘要:由于航空瞬变电磁二次场数据

2、是一种宽频带信号且幅度较小,因此常常受到随机噪声、天电噪声以及人文噪声的影响。研究针对上述噪声的去噪方法,可以提高处理和解释的精度。这里给出了基于主成分分析的航空瞬变电磁去噪方法,首先应用主成分分析方法对叠加抽道后的单测点衰减曲线进行分解,然后应用曲线趋势对比法和L曲线法对分解后的成分进行分析,确定出有效信号成分,最后使用这些有效信号成分进行重构,从而达到抑制噪声的目的。模拟信号分析以及实测数据的实验结果表明,应用主成分分析法处理航空瞬变电磁数据,在保持反映地下介质分布的有效信号幅度基本不变的条件下,能有效抑制天电噪

3、声和人文噪声,为保幅处理和解释奠定了良好的基础。关键词:航空瞬变电磁法;去噪;主成分分析;L曲线;信号重构中图分类号:P631.3+26文献标志码:A犇犗犐:10.3969/j.issn.10011749.2014.02.08[4-5]的线性滤波法可以减弱随机噪声的影响,但是0前言前者在有效信号和噪声相关时不能获得较好的效果,而后者往往存在吉布斯现象,即所谓的边缘效航空瞬变电磁法是一种快速地球物理勘查方应;②裁剪法、中值滤波法、小波阈值滤波法可以有法,因其勘探效率高,成本相对较低,可大面积勘探[6-9]效地抑制天电

4、噪声,但是裁剪法主要针对叠前等优势,而广泛用于地质填图、矿产资源勘查、油气数据,中值滤波在抑制具有不同时宽的天电噪声时[1]勘查,以及水文、工程、环境监测等各个领域。为性能较差(这是因为所取窗口的大小形状会对滤波了避免激发源的影响,航空瞬变电磁法常常对二次效果造成较大影响),小波阈值去噪法对于幅值变化场数据进行处理和解释,以获得地下介质分布信息。不大的信号有很好的效果,但是对于幅值变化较大关于航空瞬变电磁二次场信号:①由于该信号是一的航空瞬变电磁信号不能获得较佳的去噪性能;③种宽频带信号,因此易受到多种噪声的影响,例

5、如随锥形叠加法以及局部噪声预测滤波法、自适应滤波机噪声、天电噪声和人文噪声等;②由于二次场信号方法等基于预测或递归滤波的去噪算法,对于抑制能量较弱,导致中晚期的信号被噪声严重污染,使得航空瞬变电磁数据中的人文噪声有很好的效[6,10-12]处理和解释结果不可靠或者不可信。为了解决上述果,但是锥形叠加法主要用于叠前数据,预测[2-3]问题,设计出保幅去噪方法就显得尤为重要。滤波算法要求很多的输入参数,其实现较为复杂,很关于航空瞬变电磁去噪研究,已经有许多学者难应用于工程实践,自适应滤波方法具有普适性,但提出了不同的去噪

6、方法,①最小二乘滤波和频率域是其去噪效果有待改进。在实际的航空瞬变电磁勘收稿日期:20131128改回日期:20140102基金项目:国家863计划(2013AA063904);四川省教育厅重点项目(11ZA045);成都理工大学中青年骨干教师培养计划(GK201105)作者简介:武莹(1988),女,硕士,主要研究方向为航空瞬变电磁数据处理方法,Email:434507358@qq.com。2期武莹等:主成分分析在航空瞬变电磁去噪中的应用171查中,影响有效信号的噪声种类很多,往往是复杂的(4)计算犡在

7、犞中的投影,即犢=犞犜犡,得到矩和不可预测的,而上述各种方法都只能处理单一噪阵犡的主成分狔、狔、…、狔。12犿声,不能同时抑制天电噪声和人文噪声。从目前有(5)根据曲线趋势对比法和L曲线法(见2节关研究文献可知,天电噪声和人文噪声是航空瞬变和3.1.2节)选择代表有效信号的主成分并使用公电磁噪声的主要来源[3],为此寻找一种计算简单又狉式犡′=∑狏犻狔犻,狉≤犿进行重构,得到去噪后的电同时可以抑制航空瞬变电磁主要噪声的去噪方法,犻=1就成为了提高处理和解释精度的关键内容之一。磁信号。主成分分析法(PCA)能对含噪信号

8、分析,达到信噪分离的目的。目前已有研究者应用PCA法到2L曲线法[13]地球物理数据处理中。夏江海在位场资料处理中应用奇异值分解有效抑制了随机噪声;王权海[17]L曲线法最先由Lawson等提出,然后被等[14]将PCA方法应用于地震数据处理中,极大提[18]Hansen用来确定正则化法的参数,以便求解病态[15]高了地震数据的信噪比;Reni

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