13402.基于子空間分析的航空瞬變電磁去噪方法研究

1、分類號UDC學校代碼：10616學號：—20110—20822成都理工大學碩士學位論文基于子空間分析的航空瞬變電磁去噪方法研究武瑩指導教師姓名及職稱陸從德副教授王緒本教授申請學位級別碩士專業(yè)名稱信號與信息處理論文提交日期201405論文答辯日期201405學位授予單位和2014年05月摘要基于子空間分析的航空瞬變電磁去噪方法研究摘要航空瞬變電磁法(ATEM)是一種以飛機為載體，電磁感應為勘探機理的航空物探方法。由于勘探深度較大、可大面積

2、勘探、能克服復雜地形等優(yōu)點，航空瞬變電磁法已經(jīng)在地質填圖、礦產(chǎn)資源勘探和環(huán)境監(jiān)測等領域獲得了廣泛應用。但是由于航空瞬變電磁信號是一種寬頻帶信號，而且晚期數(shù)據(jù)的能量較弱，因此所測量的數(shù)據(jù)往往會受到各種噪聲的干擾。如果不能對這些噪聲進行有效的抑制，就會嚴重降低數(shù)據(jù)資料的質量，影響后期反演的精度。目前，盡管已經(jīng)發(fā)展出多種航空瞬變電磁去噪方法，但是這些方法都只是針對單一噪聲，并不能有效的對多種噪聲同時抑制。子空間分析法是一類統(tǒng)計方法，從理論上分

3、析，它可以對多種不同噪聲具有較好的抑制作用，從而提高航空瞬變電磁數(shù)據(jù)的信噪比。為此，本文主要研究兩種典型的子空間分析方法，即主成分分析(PCA)法和獨立成分分析(ICA)法，并應用到航空瞬變電磁去噪中。具體來說，主要研究內容體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)基于主成分分析的去噪方法。主成分分析法主要利用數(shù)據(jù)的一階、二階統(tǒng)計特性進行分析。首先對數(shù)據(jù)進行零均值化，并求取其協(xié)方差矩陣，然后對該協(xié)方差數(shù)據(jù)矩陣進行特征分解，并計算原始數(shù)據(jù)在特征向量所張成

4、的子空間中的投影，得到數(shù)據(jù)的所有主成分，最后選擇代表有用信號的主要成分進行數(shù)據(jù)重構，得到去噪后的數(shù)據(jù)。在整個算法實現(xiàn)過程中，最為關鍵的技術是對重構所使用的有效信號成分的準確選取。本文采用曲線趨勢對比法和基于L曲線法的信噪分離準進行有效信號的提取，一方面可以準確的將有效地質成分和噪聲成分分離；另一方面，兩種方法的共同使用也起到了相互驗證的作用。(2)基于獨立成分分析的去噪方法。PCA方法只利用了數(shù)據(jù)的二階統(tǒng)計量進行主成分的求取，沒有考慮到

5、數(shù)據(jù)的高階統(tǒng)計特性，所以不能較好描述數(shù)據(jù)細節(jié)。而獨立成分分析法可以對數(shù)據(jù)的高階統(tǒng)計特性進行分析，它可以獲取更細節(jié)化的數(shù)據(jù)信息。文中使用了以極大化非高斯原理為基礎的基于負熵的快速不動點算法(FastlCA算法)進行獨立成分(IC)估計。獨立成分分析模型本身的含混性，會導致有效信號的幅值嚴重失真，所以本文在ICA去噪的基礎上進行了幅值修復。該修復方法首先將迭代計算出的分離矩陣進行求逆計算，獲得原始混合矩陣近似估計，然后將估計到的獨立成分與該