بخشی از مقاله
چکیده
حضور نوفه در حین برداشت امری اجتنابناپذیر بوده و کیفیت سیگنال لرزهای را تا حدودی تحت تاثیر قرار میدهد، لذا تضعیف نوفه یکی از مراحل مهم پردازش داده مح سوب می شود. روشهای متعددی برای ت ضعیف نوفه وجود دارد که متداولترین آنها، ا ستفاده از فیلترهای فرکانسی یک بعدی و دو بعدی و فیلترهای سرعتی است. در این مطالعه، ضمن معرفی روش تجزیه مد تجربی گروهی کامل، چگونگی تاثیر عملکرد این روش بر ت ضعیف نوفههای ت صادفی موجود در سیگنال لرزهای مورد برر سی قرار گرفته ا ست.
در این روش، سیگنال لرزهای نوفهدار به چندین زیرسیگنال مدوله شده دامنه و فرکانس تحت عنوان توابع مد ذاتی - IMFs - با ترتیب فرکانس کاهشی، تفکیک میشود. سپس با صرف نظر از توابع مد ذاتی دربردارندهی نوفههای ت صادفی و ترکیب سایر توابع مد ذاتی، سیگنال اولیه باز سازی میگردد. نتایج نشان میدهد که این روش توانسته است تا حد قابل قبولی نوفههای تصادفی موجود در داده لرزهای را تضعیف نماید.
.1 مقدمه و مبانی نظری
آغشته شدن سیگنال لرزهای به نوفه در حین برداشت داده امری اجتنابناپذیر بوده که منجر به کاهش کیفیت سیگنال لرزهای میگردد، به گونهای که انجام مراحل مختلف پردازش و تفسیر را با خطا مواجه میسازد. لذا تضعیف نوفه یکی از اصلیترین مراحل پردازش دادههای لرزهای محسوب میشود. نوفه تصادفی یکی از انواع نوفههایی است که حضور آن در راستای زمان یا مکان، ضمن پوشش سیگنال بازتابی کیفیت داده لرزهای را به شدت تحت تاثیر قرار میگیرد. روش تجزیه مد تجربی - EMD - 1 یک روش تجربی برای تجزیهی یک سیگنال به تعدادی متناهی از توابع نوسانی دارای تبدیل هیلبرت خوشرفتار تحت عنوان توابع مد ذاتی - IMFs - 2 میباشد .[1]
به عبارت دیگر، در این روش یک سیگنال لرزهای به تعدادی از زیرسیگنالهای مدوله شده دامنه و فرکانس به نام توابع مد ذاتی به ترتیب کاهش پهنای باند فرکانسی، تفکیک میگردد .[2] با توجه به قابلیت روش تجزیه مد تجربی در نمایش تغییرات زمان کوتاه بر حسب فرکانس، میتوان از آن در آنالیز سیگنالهای غیرخطی و ناپایا استفاده نمود .[3] اصل ابتدایی در تجزیه مد تجربی، بررسی نوسانات در سیگنالها در یک سطح خیلی محلی است.
روش EMD، در مقایسه با روشهای تجزیهای مرسوم از قبیل تبدیل موجک که مبتنی بر تجزیهی یک سیگنال به مجموعهای از توابع پایه موجک متعامد است، سیگنال را به صورت یک بسط از توابع پایهای وابسته به سیگنال بیان میکند که توسط یک روال تکراری موسوم به الک کردن - غربالگری - محاسبه میگردند .[1] روش تجزیه مد تجربی از زمان معرفی تا کنون چندین مرحله تکاملی را طی کرده است .[4] تکاملیافتهترین این روشها روش تجزیه مد تجربی گروهی کامل - CEEMD - 3 است که در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفته است. این روش، توانسته است ضمن تضعیف نوفه تصادفی موجود در داده لرزهای، سیگنال اولیه را با دقت قابل قبولی بازسازی نماید.
.2 روش و مراحل تحقیق
به منظور درک بهتر روش CEEMD و نیز تأثیر عملکرد فیلتر طراحی شده در تضعیف نوفه، یک ردلرزه مصنوعی حاصل از یک سری بازتاب دلخواه و موجک ریکر با فرکانس غالب 20 هرتز تولید گردید . سپس سیگنال مصنوعی ایجاد شده به نوفه تصادفی م صنوعی با محدودهی فرکان سی 1 تا 50 آغ شته شده ا ست. در شکل1، منحنی قرمز و منحنی آبی به ترتیب سیگنال لرزهای اولیه و سیگنال لرزهای نوفهدار را نشان میدهد.
پس از آن، به کمک روش تجزیه مد تجربی گروهی کامل توابع مد ذاتی سیگنال لرزهای نوفهدار به ترتیب پهنای باند فرکانس کاهشی محاسبه میگردد. در شکل 2 توابع مد ذاتی تجزیه شده حاصل از روش CEEMD نمایش داده شده است. در گام بعدی ضمن صرف نظر کردن از IMF های دارای نوفه، با ترکیب IMF های باقیمانده بدون نوفه با یکدیگر سیگنال اولیه بازسازی میگردد. در شکل 3 یک مقایسه نسبی بین سیگنال لرزهای اولیه و سیگنال لرزهای بازسازی شده صورت گرفته است. در ادامه به شرح مختصری از مراحل الگوریتم پرداخته شده است .[5]
.3 ارائه و تحلیل روش
در شکل1، منحنی آبی و منحنی قرمز به ترتیب سیگنال لرزهای اولیه و سیگنال لرزهای نوفهدار را نشان میدهد. شکل 2 توابع مد ذاتی تجزیه شدهی حاصل از روش CEEMD را نشان میدهد. با مشاهده توابع مد ذاتی استخراج شده، ضمن شناسایی و نیز صرف نظر کردن از آن دسته از توابع مد ذاتی دربردارنده نوفه IMF - های 1، 2، 3 و 4 - ، توابع مد ذاتی باقیمانده با هم ترکیب و سیگنال نهایی بازسازی شده توسط هر یک از روشها حا صل میگردد - شکل . - 3 با مقای سه سیگنال لرزهای اولیه و سیگنال بازسازی شده به روش تجزیه مد گروهی کامل مشاهده میشود که روش تجزیه مد گروهی کامل توانسته عملکرد قابل قبولی از خود نشان دهد.
