吉林大学学报(地球科学版) ›› 2022, Vol. 52 ›› Issue (3): 701-712.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20210243
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基于变分模态分解和奇异谱分析的GPR信号去噪
戴前伟1, 2,丁浩1, 2,张华1, 2,张豪1, 2
1.中南大学地球科学与信息物理学院,长沙410083
2.有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室,长沙410083
Noise Reduction Method of GPR Signal Based on VMD-SSA
Dai Qianwei 1, 2, Ding Hao1, 2, Zhang Hua1, 2, Zhang Hao1 ,2
1. School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China
2. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring, Ministry of Education, Changsha 410083, China
摘要:
受设备及环境等因素的主要影响,采集的探地雷达(GPR)信号中存在不同程度的噪声干扰。传统变分模态分解(VMD)通过搜寻变分模型最优解分离出不同中心频率的分量实现噪声压制,但最优模态数的选择具有一定主观性,致使重构数据存在不同程度的信号振荡。为优化模态数的选择,并改善信号振荡问题,本文提出基于自适应VMD和奇异谱分析(SSA)的GPR信号去噪方法。首先,引入能量损失比,实施最优模态数的自适应选择,并利用皮尔逊相关系数法提取有效信号;其次,针对变分模态分解后的中低频振荡现象,引入SSA进行二次滤波,进一步提高信噪比。合成Ricker子波实验、合成雷达剖面模拟实验和实测资料验证了变分模态分解-奇异谱分析(VMD-SSA)方法的有效性。合成Ricker子波实验中,与集成经验模态分解(EEMD)和传统VMD方法相比,经VMD-SSA方法处理后的信噪比最大提升13.587 8 dB;合成雷达剖面模拟实验中,基于VMD-SSA方法处理后剖面的信噪比较EEMD和传统VMD方法分别提高3.765 9 dB和2.655 7 dB;实测资料处理中也较好地压制了背景噪声及随机噪声,使异常体的信号特征更加突出。
中图分类号:
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