[發(fā)明專利]基于vmd的地震信號隨機(jī)噪聲壓制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810709088.2
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN108919347A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方江雄;溫志平;顧華奇;劉軍;劉雄濤
• 申請（專利權(quán)）人: 東華理工大學(xué)
• 主分類號: G01V1/28
• 分類號: G01V1/28
• 代理公司: 江西省專利事務(wù)所 36100
• 代理人: 胡里程

本發(fā)明公開了一種基于vmd的地震信號隨機(jī)噪聲壓制方法，該方法包括以下步驟：選擇一個時間窗口將原始含噪二維地震信號作傅里葉變換，變換至f?x域；對每一個頻率切片數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)分解；將分解得到的BIMF分量組合得到濾波后的信號；將信號作傅里葉逆變換，變換回t?x域；重復(fù)對下一個時間窗口進(jìn)行同上操作，地震記錄全部處理完畢后，即得到最終的二維地震去噪結(jié)果。同時，本發(fā)明中將一維變分模態(tài)分解拓展至二維復(fù)數(shù)形式，可用于三維地震去噪處理。基于VMD的地震信號隨機(jī)噪聲壓制方法具有優(yōu)異的噪聲壓制、幅值保持性能的同時，還具備較高的計(jì)算效率，可滿足高維大尺度地震數(shù)據(jù)的處理要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地球物理勘探的地震資料處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及地震信號中隨機(jī)噪聲壓制和有效能量保持處理技術(shù)。

技術(shù)背景

地震信號隨機(jī)噪聲衰減是地震數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。從觀測數(shù)據(jù)中有效去除隨機(jī)噪聲干擾，提高信號信噪比和分辨率，是正反演計(jì)算和地質(zhì)解釋的前提。目前，地震信號隨機(jī)噪聲壓制方法主要有：基于濾波理論的方法、基于小波域變換方法、基于矩陣?yán)碚摰淖儞Q方法和基于信號分解理論方法等。近年來，基于信號分解的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)方法，由于在處理非平穩(wěn)及非線性數(shù)據(jù)上具有很高的信噪比，已成為信號分解領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

完備集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Complete Ensemble EMD，CEEMD)避免了EMD方法中模態(tài)混疊的問題，有效改善集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解EEMD方法中加入隨機(jī)白噪聲對原始信號造成污染的缺點(diǎn)，但CEEMD方法中依然采用的是遞歸迭代式篩選分解過程，非平穩(wěn)地震信號極值點(diǎn)插值和包絡(luò)計(jì)算過程依然耗時過長，在處理多維度和多尺度地震數(shù)據(jù)時存在一定限制。

為解決這些問題，進(jìn)一步提升信號分解的精度，本發(fā)明提出基于變分模態(tài)分解(Variational Modal Decomposition，VMD)的地震信號隨機(jī)噪聲壓制處理方法。通過將模態(tài)分解過程轉(zhuǎn)變?yōu)樽兎帜Ｐ偷淖顑?yōu)解迭代求解過程，以每個分量的估計(jì)聚集帶寬之和最小為約束，雙重對偶上升使得每個分量的頻率中心及帶寬在頻域內(nèi)進(jìn)行自適應(yīng)分離。與EMD的遞歸“篩選”模式不同，VMD將信號分解轉(zhuǎn)化非遞歸、變分模型泛函極值求解問題，由變分模型優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)求解過程可知，其實(shí)質(zhì)是多個維納濾波組的自適應(yīng)拓展，具有優(yōu)良的噪聲魯棒性，對于非平穩(wěn)的時序信號分解更為適用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于VMD的地震信號隨機(jī)噪聲壓制方法，以解決地震勘探任務(wù)中采集的地震數(shù)據(jù)被隨機(jī)噪聲干擾的問題，該方法具有優(yōu)異的噪聲壓制、幅值保持性能的同時，還具備較高的計(jì)算效率，可滿足高維大尺度地震數(shù)據(jù)的處理要求。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于vmd的地震信號隨機(jī)噪聲壓制方法，其技術(shù)方案步驟包括：

S1：地震數(shù)據(jù)的時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號：選擇一個時間窗口將原始含噪二維地震信號d(x,t)作傅里葉變換，變換至f-x域；

S2：信號的頻段分解：對每一個頻段數(shù)據(jù)進(jìn)行變分模態(tài)分解VMD(VariationalMode Decomposition)，生成帶限固有模態(tài)函數(shù)(Band-Limited Intrinsic ModeFunction)分量，簡稱BIMF分量；

S3：信號的組合：將VMD分解得到的BIMF分量進(jìn)行組合，得到新的濾波信號；

S4：地震數(shù)據(jù)的頻域信號轉(zhuǎn)換為時域信號：將S3步驟得的濾波信號作傅里葉逆變換，變換回t-x域；

S5：迭代過程：重復(fù)對下一個時間窗口進(jìn)行同上操作，地震記錄全部處理完畢后，即得到最終的二維地震去噪結(jié)果。

所述S2步驟的VMD分解過程可轉(zhuǎn)換至變分泛函最優(yōu)求解過程，其分解包括：