基于小波包变换的地电场信号去噪研究
  • 【摘要】

    地电场是矢量场,地电场观测是对区域地表电场强度的测量,对于监测区域电场的变化、磁场变化及地震预测具有很重要的现实意义.随着城镇化发展的加快,原来相对偏远的观测场地逐渐受到人类活动的干扰,测区的电磁环境干扰日益严重,地电场观测数据中往往含有各种形式的干扰噪声.在地震预测研究中,许多研究表明自然电场在地震发生前出现的异常现象是值得重视的研究内容之一,很多地震学家认为在地震发生前有异常电信号存在,但这些... 展开>>地电场是矢量场,地电场观测是对区域地表电场强度的测量,对于监测区域电场的变化、磁场变化及地震预测具有很重要的现实意义.随着城镇化发展的加快,原来相对偏远的观测场地逐渐受到人类活动的干扰,测区的电磁环境干扰日益严重,地电场观测数据中往往含有各种形式的干扰噪声.在地震预测研究中,许多研究表明自然电场在地震发生前出现的异常现象是值得重视的研究内容之一,很多地震学家认为在地震发生前有异常电信号存在,但这些信号混杂于正常大地电场变化的背景中不易识别.所以,排除这些干扰,还原地电场信号的本质特征,是地电场数据应用中必不可少的技术环节.本文根据密山地电场数据中高频干扰较多的特点,以北京时间2009年11月21日密山地电场东西向长极距和南北向长极距数据为研究对象,通过对研究数据的分析选取合适的小波函数及去噪方法,并使用小波及小波包阈值去噪法对密山地电场数据进行了去噪研究,实验结果表明,小波包阈值去噪方法在去除了地电场数据中的高频干扰噪声的同时,很好的还原了地电场信号中的同震变化信息.并根据均方根误差(RMSE)、平滑度(r)及相对误差(error)等评价指标参数选出适合密山地电场数据去噪的最优小波基,对今后密山地电场数据的使用分析具有十分重要的意义.本文首先介绍了的地电场观测的基本原理,并详细介绍了地电场观测中的主要干扰噪声.对密山地电场的观测情况作了简要的介绍,并根据前人的研究结果对密山地电场的干扰情况进行分析.分析结果表明密山地电场数据中高频干扰较多,此类干扰多为串模干扰.其次介绍了小波变换、小波包变换的基本原理,并进一步介绍了去噪的原理及方法,提出使用阈值去噪法对密山地电场数据进行去噪研究.详细介绍了MATLAB中阈值去噪函数,并总结了一维信号阈值去噪法在MATLAB平台中的实现方法.选择三种适合密山地电场小波包去噪的质量评价指标,用于去噪结果的评价.最后,根据密山地电场信号的性质及小波函数的特性,分别选取适合东西向长极距和南北向长极距数据处理的小波函数及分解层数:根据不同的阈值提取函数,提取原始信号的全局阈值和各层小波系数的单独阈值,并进行小波及小波包的软阈值和硬阈值的去噪处理.去噪结果表明,小波变换因其只对低层信号进一步分解,无法还原出地电场信号中的同震变化信息;小波包变换因其对小波分析没有细分的高频部分进一步分解,具有更高的时频分辨率,去噪结果较好的还原了地震发生后地电场信号的同震变化信息.并采用均方根误差(RMSE)、平滑度(r)及相对误差(error)等评价指标参数对不同小波函数的去噪结果进行对比分析,综合实际的去噪效果及评价指标参数的计算结果选出适合密山地电场不同测向观测数据的最优小波基,为今后密山地电场数据的使用分析提供依据. 收起<<

  • 【作者】

    梁跃 

  • 【学科专业】

    农业电气化与自动化

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    东北农业大学

  • 【导师姓名】

    董桂菊

  • 【学位年度】

    2014

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    地电场%小波包去噪%小波去噪%阈值去噪%最优小波基