广义S变换时频分析的应用研究

论文摘要

时频分析作为分析时变非平稳信号的有力工具,成为了现在信号处理研究的一个热点。在自然界和现实生活中,信号多数都是非平稳的；时频分析方法将一维的时域信号映像到二维的时频平面,提供了时间域和频率域的联合分布信息,并且能够全面的反映非平稳信号的时频联合特征。本文对广义S变换时频分析进行了系统的研究,并将其应用于时频滤波和信号突变点检测方面。详细介绍了时频分析方法处理非平稳信号的国内外发展现状,以及非平稳信号和时频分析的基本概念,阐述了传统时频分析方法和广义S变换的基本原理和优缺点,并且将它们分别应用到非平稳信号上。研究表明广义S变换可以得到更好的时频分析效果。在信号处理领域中,时频滤波方法是去除干扰和提高信噪比的一种很常用的方法。本文在阈值滤波的基础上,给出了一种基于广义S变换的新的时频滤波方法,并将它应用到了地震信号处理中。首先,根据数据的广义S变换谱,确定出面波压制函数,以压制实际地震信号中的面波干扰；然后,使用阈值滤波和低通滤波相结合的滤波方法对地震信号进行处理,达到去除随机噪声的目的,同时这种方法可以使有效信号受损失较小仿真结果表明,该方法在提高信噪比方面的效果优于其他时频分析方法,且可以自选择的应用到多道的地震信号中去。最后,将此方法应用到实际的地震信号处理中,提取出滤波后的有效信号,并与通过最陡下降法得到的信号顶点图相结合,以达到寻找地震记录中储层的目的。检测信号中的突变往往意味着物体结构的损伤,所以,寻找到信号中的突变点有着很重要的实际意义。本文将广义S变换应用到实际信号的突变点检测中,并以铁路采集信号为例,使用以上的滤波方法对信号进行处理,去除其中的噪声,提取有效信号,然后通过短时能量法判断出其中是否含有突变的信号。最后将提取出的有效信号和广义S变换幅值包络相结合,对突变信号的起振点进行定位。仿真结果表明,该方法可以准确的检测出其中的突变信号并且能较好地避免漏检。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第2章 传统时频分析技术
• 2.1 时频分析概述
• 2.1.1 非平稳随机信号
• 2.1.2 时频分析的分类
• 2.1.3 时频分析的基本性质
• 2.1.4 信号的不确定原理
• 2.2 短时傅里叶变换
• 2.2.1 连续短时傅里叶变换
• 2.2.2 离散短时傅里叶变换
• 2.3 小波变换
• 2.3.1 连续小波变换
• 2.3.2 连续小波变换的离散化
• 2.3.3 小波基函数
• 2.4 Wigner-Ville分布
• 2.5 本章小结
• 第3章 S变换时频分析技术
• 3.1 基本原理
• 3.1.1 S变换原理
• 3.1.2 广义S变换原理
• 3.2 S变换与传统时频分析技术的比较
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于广义S变换的时频滤波
• 4.1 时频滤波的基本方法
• 4.1.1 去除相干噪声的方法
• 4.1.2 去除随机噪声的方法
• 4.2 基于广义S变换的时频滤波方法的提出
• 4.2.1 阈值滤波方法
• 4.2.2 基于时频谱分布的滤波方法
• 4.2.3 阈值滤波与低通滤波相结合的滤波方法
• 4.3 人工合成信号仿真验证
• 4.3.1 单道信号仿真验证
• 4.3.2 多道信号仿真验证
• 4.4 基于实际地震信号的仿真验证
• 4.4.1 面波的压制
• 4.4.2 随机噪声的压制
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于广义S变换的信号突变点检测
• 5.1 信号突变点检测的基本方法
• 5.2 典型平轮信号的时频分析
• 5.3 基于平轮信号的突变点检测
• 5.3.1 对采集数据进行信号提取
• 5.3.2 对平轮信号进行起振点定位
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文和取得的科研成果
• 致谢