[发明专利]一种高铁震源地震信号的宽频背景噪声压制方法

说明书

本发明公开了一种高铁震源地震信号的宽频背景噪声压制方法，基于窄带高铁震源地震信号与宽频带背景噪声的频域不同特性，选取离散余弦变换稀疏表示窄带高铁震源地震信号，选取连续小波变换稀疏表示宽频带背景噪声，构成超完备字典；然后使用分块坐标松弛法对高铁震源单道数据中的窄带高铁震源地震信号与宽频带背景噪声进行分离，仅保留窄带高铁震源地震信号以实现宽频带背景噪声的压制；重复直至所有道数据处理完毕。本发明将形态成分分析这种信号分离手段引入到高铁震源地震信号处理中，实现了高铁震源地震信号的宽频带背景噪声压制。

技术领域

本发明属于地震勘探数据处理技术领域，具体涉及一种高铁震源地震信号的宽频背景噪声压制方法。

背景技术

高铁列车高速运行引起的振动可能会威胁建筑物、工程结构的安全，工程界视之为一大危害。然而，高铁列车的高速运行也会产生了一种全新的可重复震源类型—高铁震源。因此对这种全新的可重复震源-高铁震源所激发出的地震波进行采集并分析，不但可能分析高铁列车的运行状态，而且有望对高铁线路附近的地下结构进行成像。然而，实际采集到的数据不但包含有特殊的高铁震源激发出的地震波，还有各种各样的宽频带背景噪声。如何从检波器接收到的数据中分离出窄带高铁震源地震信号并压制宽频带背景噪声，对充分利用高铁震源信号是极为关键的。

现有的陷波器法需要设计陷波器对窄带信号滤波，存在缺点如下：

考虑到窄频带高铁震源地震信号的能量集中在很多个窄频带上且频率位置并不固定，采用陷波器法不但需要针对不同高铁震源地震信号的窄频带位置设计很多个陷波器进行窄带信号分离，而且在频带较多时会对窄频带高铁震源地震信号有损伤，因此需要发展新的方法以实现窄带高铁震源地震信号的保留并压制宽频带背景噪声。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高铁震源地震信号的宽频背景噪声压制方法，将形态成分分析这种信号分离手段引入到高铁震源地震信号处理中，实现高铁震源地震信号的稀疏化建模并进而实现从接收到的高铁震源地震数据中压制宽频背景噪声。

本发明采用以下技术方案：

一种高铁震源地震信号的宽频背景噪声压制方法，在高铁震源地震信号分离处理中引入形态成分分析，选取离散余弦变换稀疏表示窄带高铁震源地震信号，选取连续小波变换稀疏表示宽频带背景噪声，构成超完备字典；使用分块坐标松弛法对高铁震源单道数据中的窄带高铁震源地震信号s₁与宽频带背景噪声s₂进行分离，每次迭代对稀疏系数X₁和X₂进行交替更新，直到达到迭代终止条件，保留窄带高铁震源地震信号，通过高铁震源地震信号的稀疏化建模实现从接收到的高铁震源地震数据中压制宽频带背景噪声。

具体的，超完备字典中，窄带高铁震源地震信号具体为：定义离散余弦变换为：

其中，k＝1,2,...,N，N为采样长度，x[n]表示待分析信号的时域采样点，CT_x(k)表示离散余弦变换系数，ω(k)为；

离散余弦变换的反变换为：

其中，n＝1,2,...,N。

进一步的，ω(k)计算如下：

具体的，超完备字典中，宽频带背景噪声具体为：

定义连续小波变换为：

其中，x(t)为待分析信号，WT_x(a,τ)为变换系数，a为尺度因子，ψ(t)为Morlet母小波；

连续小波变换反变换为：