GPR信号去噪的变分模态分解

刘财; 商耀达; 鹿琪; 徐杨杨

doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20230154

吉林大学学报(地球科学版) ›› 2024, Vol. 54 ›› Issue (03) : 1042 -1053. DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230154

GPR信号去噪的变分模态分解

刘财, 商耀达, 鹿琪, 徐杨杨

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摘要

为了进一步提高探地雷达(ground penetrating radar, GPR)数据的信噪比，压制由随机扰动引起的随机绕射能量，将二维变分模态分解(two-dimensional variational mode decomposition, 2D-VMD)引入二维GPR数据的噪声压制处理中。首先，对GPR数据进行2D-VMD处理，并分析各阶本征模态函数(intrinsic mode function, IMF)分量及其对应的频率-波数域谱来确定雷达剖面中的各回波类型。然后，计算IMF分量与原始数据的互相关系数来确定信号模态和噪声模态，并对信号模态进行重构得到降噪后的数据。理论数据和实测数据测试表明，相比于传统的1D-VMD法，2D-VMD滤波后的含噪正演记录峰值信噪比由6.44 dB增加到7.72 dB;经2D-VMD降噪处理后的雷达剖面在保留有效信号的基础上，可以有效压制随机扰动带来的噪声，并且得到的雷达剖面同相轴连续性更好。