[發(fā)明專利]一種基于改進變分模態(tài)分解的固體潮響應(yīng)去除方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011355092.7
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112684493B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓瑛;趙志忠;周小英
• 申請（專利權(quán)）人: 海南師范大學
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00;G01B21/32
• 代理公司: 沈陽銘揚聯(lián)創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

本發(fā)明涉及一種基于改進變分模態(tài)分解的固體潮響應(yīng)去除方法。包括：錄入地面儀器所采集的數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)預(yù)處理；計算該數(shù)據(jù)的頻譜并對比固體潮響應(yīng)的頻率特性，確定固體潮響應(yīng)對數(shù)據(jù)在頻域上的影響范圍；根據(jù)固體潮響應(yīng)在頻域上的影響范圍確定頻率分割點f；根據(jù)頻率分割點f對變分模態(tài)分解的預(yù)估中心頻率進行約束；采用中心頻率約束的變分模態(tài)分解方法對數(shù)據(jù)進行分解，找出不同中心頻率約束條件下的最優(yōu)分量得到各模態(tài)，并將其分解后的各模態(tài)按照其中心頻率由小到大排列；去除各模態(tài)中固體潮響應(yīng)模態(tài)。解決現(xiàn)有方法很難實現(xiàn)在不破壞觀測數(shù)據(jù)中不同源信號頻率特性的基礎(chǔ)上，在頻域上有效去除固體潮產(chǎn)生的周期響應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地面觀測數(shù)據(jù)中固體潮響應(yīng)去除領(lǐng)域，具體涉及一種基于改進變分模態(tài)分解的固體潮響應(yīng)去除方法。

背景技術(shù)

地面觀測是指在通過專門的儀器對地面上某點直接測量當時當?shù)氐牡乇砀浇鼌?shù)值。目前地面觀測技術(shù)廣泛應(yīng)用于氣象監(jiān)測、水文監(jiān)測及地震監(jiān)測等領(lǐng)域。隨著科技的進步，地面觀測儀器的研究飛速發(fā)展，儀器的精度與穩(wěn)定性大幅度提高。然而，地面觀測數(shù)據(jù)仍然會受到外界信號的干擾，嚴重影響了觀測目標真實信息的識別和提取。固體潮是指日、月引力潮對地球產(chǎn)生的周期形變現(xiàn)象，是地面觀測數(shù)據(jù)中主要的外界干擾信號之一。

邱澤華等(用小波-超限率分析提取寧陜臺汶川地震體應(yīng)變異常，2012)采用高通濾波的方法提取鉆孔應(yīng)變數(shù)據(jù)的高頻成分，進而實現(xiàn)去除固體潮等周期響應(yīng)。王勇(寧夏井水位固體潮調(diào)和分析結(jié)果及應(yīng)用，1992)采用調(diào)和分析的方法對井水位中的固體潮響應(yīng)進行分析。

變分模態(tài)分解方法以經(jīng)典維納濾波、希爾伯特變換和混頻變分問題求解為基礎(chǔ)，通過迭代搜尋變分模型最優(yōu)解，自適應(yīng)的將信號分解成若干有限帶寬的固有模態(tài)函數(shù)，可以將地面觀測數(shù)據(jù)中不同源的信號有效地分離出來，進而實現(xiàn)固體潮響應(yīng)信號的提取及分離。然而，在處理后數(shù)據(jù)頻域特征中仍然會有固體潮響應(yīng)殘留。現(xiàn)有方法很難實現(xiàn)在不破壞觀測數(shù)據(jù)中不同源信號頻率特性的基礎(chǔ)上，在頻域上有效去除固體潮產(chǎn)生的周期響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于改進變分模態(tài)分解的固體潮響應(yīng)去除方法，解決現(xiàn)有方法很難實現(xiàn)在不破壞觀測數(shù)據(jù)中不同源信號頻率特性的基礎(chǔ)上，在頻域上有效去除固體潮產(chǎn)生的周期響應(yīng)。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，

一種基于改進變分模態(tài)分解的固體潮響應(yīng)去除方法，該方法包括：

步驟a、錄入地面儀器所采集的數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)預(yù)處理；

步驟b、計算該數(shù)據(jù)的頻譜并對比固體潮響應(yīng)的頻率特性，確定固體潮響應(yīng)對數(shù)據(jù)在頻域上的影響范圍；

步驟c、根據(jù)固體潮響應(yīng)在頻域上的影響范圍確定頻率分割點f；

步驟d、根據(jù)頻率分割點f對變分模態(tài)分解的預(yù)估中心頻率進行約束；

步驟e、采用中心頻率約束的變分模態(tài)分解方法對數(shù)據(jù)進行分解，找出不同中心頻率約束條件下的最優(yōu)分量得到各模態(tài)，并將其分解后的各模態(tài)按照其中心頻率由小到大排列；

步驟f、去除各模態(tài)中固體潮響應(yīng)模態(tài)。

進一步地，

步驟a，所述的錄入地面儀器所采集的數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，是錄入地面觀測數(shù)據(jù)，并針對數(shù)據(jù)的情況進行插值以及去壞點，預(yù)處理后的數(shù)據(jù)記為x(t)，為待處理數(shù)據(jù)；

步驟b，所述的計算該數(shù)據(jù)的頻譜并對比固體潮響應(yīng)的頻率特性，并確定固體潮響應(yīng)對數(shù)據(jù)在頻域上的影響范圍包括：對待處理數(shù)據(jù)x(t)進行傅里葉變換，得到頻譜，確定頻率小于半日波頻率的波段作為固體潮響應(yīng)的影響范圍。

進一步地，