[發明專利]一種基于自適應濾波與小波變換結合的地震波降噪方法

有效

• 申請號: 201710334723.9
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107144879B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 甘平;吳青晨;朱國仁;黃林;王揚;阮禎臻;黎彥蕓;劉聞通;陸鵬;黃揚帆
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01V1/36
• 分類號: G01V1/36
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 張先蕓

本發明提供一種基于自適應濾波與小波變換結合的地震波降噪方法，解決如何從混合信號中提取出利于分析解釋的有效信號，壓制噪聲，即凸顯有效信號,盡量去除干擾信號，實現信號與噪聲分離的目的。首先考慮使用時間延遲估計的方法快速找到有用信號，此時的有用信號中仍然包含有部分頻段的噪聲；接著利用小波去噪的方法實現與有用信號頻譜重合的部分噪聲，實現精細去噪的目的，最終得到干凈有效的地震波數據，可以反映地下地質結構真實情況，對地質情況做出正確合理的檢測。

技術領域

本發明涉及基于自適應濾波與小波變換的地震波降噪方法，屬于地震波數據處理技術領域。

背景技術

路基坍塌、地面斷裂等地質災害對人民的生命安全造成較大的威脅。因此，預防路基橋基地質下層結構災害，對已修建的工程定期進行安全性地質檢測顯得異常重要。同時隨著國家對重大基礎設施的投入增大，需要開展大量的地質勘探工作，加之我國本屬于地質災害高發區、群發區，給工程地震儀設備的研發和應用提供了廣闊的市場。

利用檢波器采集地震波數據的過程中，除了攜帶地質信息的有效波之外，還無可避免地夾雜許多類型的干擾波，其中包括檢波器自身硬件設備工作過程中產生的干擾與噪聲，以及周圍環境帶來的噪聲。檢波器采集數據的實驗中，未產生振動信號時，也就檢波器在非工作狀態下也會產生噪聲，而由加速度傳感器輸出的信號被淹沒在噪聲信號中，使信號的辨認產生困難，要復原攜帶的有用信號，必須去除信號中疊加的噪聲和干擾成分。這些噪聲多為高斯白噪聲，其頻譜分布為在整個頻域范圍內，必然與有用信號的頻譜有重疊部分，在此不能采用基于頻率的濾波處理方法進行降噪。

現有技術中，對地震波進行濾波的方法主要有：(1)反Q濾波法：模擬地震波正向傳播的反過程，通過補充振幅來消除地震波在傳播過程中的振幅衰減和相位畸變，但在補償過程中，隨著旅行時間和頻率的增大，振幅補償項越來越大，即在補償過程中放大了噪聲。(2)反濾波，也叫反褶積，是濾波的一種逆過程，將地震子波壓縮為震源脈沖形狀，形成理想的地震記錄，以抵消大地濾波作用；常用的反褶積算法是脈沖反褶積，但是脈沖脈沖反褶積不能區分信號和噪聲，中考慮總的頻譜，可以明顯提高垂直分辨率，但提高分辨率的同時會降低信噪比。(3)短時傅里葉變換，短時傅里葉變換在全時頻域上的分辨率是一致的，具有分辨率單一的特點，但需要的計算量非常大，計算效率低。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種基于自適應濾波器的地震波降噪方法，解決如何從混合信號中提取出利于分析解釋的有效信號，壓制噪聲，即凸顯有效信號,盡量去除干擾信號，實現信號與噪聲分離的目的。

為實現上述目的，本發明采用如下技術手段：一種基于自適應濾波與小波變換結合的地震波降噪方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)自適應延時估計：采用自適應濾波器對檢波器的輸出信號進行濾波，在準則下自動調整濾波器的抽頭系數，使得經濾波后的輸出信號在該準則下與相應的延遲信號相等，所述準則為最小均方誤差準則，而時延估值由濾波器的抽頭系數加以處理得到；

2)利用小波閾值降噪處理方法：通過將信號分解為不同時段和頻帶的不同系數，讓有用信號集中在小波域中一些較大的小波系數，而干擾信號則分布于整個小波域，從而有效區分有用信號和噪聲，處理有用信號頻譜重合的部分噪聲，實現精細去噪的目的。

進一步，具體步驟：

步驟1：設檢波器的輸出信號為x_j(k)，檢波器輸出信號中的高斯白噪聲信號為n_j(k)，j∈{1,2}；其中，x₁(k)表示基準道檢波器的輸出信號，x₂(k)表示當前道檢波器的輸出信號；