HHT变换在多分量地震去噪中的应用研究

论文摘要

希尔伯特黄变换（Hilbert—Huang变换，简称HHT）是一种处理非线性、非平稳信号的时频分析方法。首先对信号进行固有模态分解（Empirical modecomposition method，简称EMD），然后对其分解分量再利用Hilbert变换和瞬时频率方法获得信号的时频谱—Hilbert谱。由于地震信号大部分都是非线性、非平稳信号。基于HHT的这种时频分析能力，可以把HHT变换应用到多波地震资料的处理上。因为多波资料中存在转换横波的成分，转换波和面波重叠的频段比较多，造成传统的去噪方法达不到理想的去噪效果，而EMD分解是属于多尺度的分解，同时相比于同样具有多尺度特征的小波变换它是自适应的。本文运用该算法多分辨率和自适应的特征，对信噪比比较低的多波多分量资料做去噪和HHT谱分析。首先，本文研究了HHT变换时频分析方法原理，HHT变换是将原始信号自适应地分解成有限的一系列的本征模态函数分量（Intrinsic mode function简称IMF），对每个IMF分量进行希尔伯特变换就可以获得有意义的瞬时频率以及相应的HHT谱。然后，把EMD分解应用到多波多分量地震资料去噪上，利用它分解和重构的功能。这里包括了去低频的面波以及随机噪声。本文结合仿真信号的实验，以及模型数据和实际地震数据进行了分析。最后，对地震资料作相应的HHT谱分析，对比了HHT谱和FFT谱的的一些区别。因为在HHT时频谱引入了瞬时频率的概念，使得HHT时频谱更能反映出地震信号局部的信息，从而去反映地层局部的属性。本文研究结果表明HHT变换具有很好的时频分辨能力，同时相对于传统的信号分析方法，它的多分辨率和自适应使得在地震资料去噪上更加容易识别噪声。基于HHT谱分析的时频刻画能力，该方法在地震资料分析和处理方面的应用具有很好的发展空间，值得进一步探讨与研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 选题背景与研究性质
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 常规时频分析方法介绍
• 1.2.2 希尔伯特黄变换发展与应用现状
• 1.2.3 多波地震数据去噪方法研究现状
• 1.3 研究内容与科学问题
• 1.4 研究的技术路线
• 第二章 希尔伯特—黄变换的原理
• 2.1 HHT 变换中的重要概念
• 2.1.1 瞬时频率
• 2.1.2 单分量信号与固有模态函数
• 2.1.3 IMF 分量的完备性与正交性
• 2.2 希尔伯特—黄变换过程
• 2.2.1 EMD 分解过程
• 2.2.2 希尔伯特变换
• 2.2.3 HHT 谱分析
• 2.3 希尔伯特黄变换的关键处理技术
• 2.3.1 模态混叠
• 2.3.2 边界值的处理
• 2.3.3 终止原则
• 2.3.4 均值的求取
• 第三章 EMD 在多波地震资料中的应用
• 3.1 仿真信号的实验
• 3.2 EMD 去除多波资料中的面波
• 3.2.1 模型数据的实验
• 3.2.2 实际多波地震资料 EMD 分频处理
• 3.2.3 实际多波地震数据的面波去除
• 3.3 与小波变换去面波的对比
• 3.4 EMD 去随机噪声
• 第四章 HHT 谱分析
• 4.1 仿真信号实验
• 4.2 地震资料的 HHT 谱应用
• 第五章 结论与展望
• 5.1 研究结论与建议
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献