基于f—x域預(yù)測(cè)濾波技術(shù)的光纖聲傳感系統(tǒng)降噪方法研究

方高升　孫文惠

摘 要：本文提出一種基于f-x域預(yù)測(cè)濾波技術(shù)在光纖聲傳感系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。對(duì)f-x域預(yù)測(cè)濾波技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，通過(guò)試驗(yàn)分析，表明該技術(shù)能有效去除DAS系統(tǒng)中信號(hào)的毛刺，使得系統(tǒng)通道間噪聲更加平穩(wěn)，同時(shí)能有效的保持信號(hào)，提高信噪比。

關(guān)鍵詞：f-x域預(yù)測(cè)濾波；光纖；傳感

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.108

0 引言

光纖聲傳感系統(tǒng)用于油氣勘探領(lǐng)域，除了探測(cè)到的地震波信號(hào)，還有很多干擾，我們將這些干擾統(tǒng)稱(chēng)為噪聲。常用的地震去噪方法包括：（1）基于經(jīng)典傅氏變換的去噪方法；（2）在傅氏變換基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的去噪方法（如：f-x域去噪技術(shù)、頻率域子空間算子外推去噪技術(shù)等）；（3）以Radon變換為基礎(chǔ)的去噪方法；（4）聚束濾波方法；（5）基于小波分解與重構(gòu)的去噪方法；（6）其它現(xiàn)代信號(hào)去噪方法（如：多項(xiàng)式擬合、K-L變換、矢量分解法、局部徑向道中值濾波、傅里葉相關(guān)系數(shù)濾波、Curvelet變換、匹配追蹤方法等）[1]。

1 f-x域預(yù)測(cè)濾波技術(shù)

在傅氏變換基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的去噪方法已有很多，其中f-x域預(yù)測(cè)濾波去噪技術(shù)是一項(xiàng)最基本的技術(shù)。該技術(shù)最早于1984年由Canales提出來(lái)，旨在壓制二維地震記錄中的隨機(jī)噪聲[2]，它以理論上的嚴(yán)密性和實(shí)際效果上的顯著性得到廣泛應(yīng)用， 成為二維地震資料處理中的一個(gè)常用模塊。

f-x域預(yù)測(cè)濾波去噪技術(shù)的基本原理是假定在f-x域有效波是連續(xù)的、可預(yù)測(cè)的，而隨機(jī)噪聲是不相干的、不可預(yù)測(cè)的。疊加剖面上的有效信號(hào)可由多個(gè)固定的視速度的反射波組成，即信號(hào)在空間是可預(yù)測(cè)的。對(duì)于每個(gè)具有單一視速度的反射波，經(jīng)過(guò)傅氏變換后，f-x域?qū)γ恳活l率也都具有可預(yù)測(cè)性。根據(jù)以上假設(shè)條件，可以設(shè)計(jì)求出每一頻率片上的預(yù)測(cè)濾波算子，再把預(yù)測(cè)濾波算子分別作用于對(duì)應(yīng)的每一空間方向數(shù)據(jù)系列，這樣便可預(yù)測(cè)出相干信號(hào)，壓制隨機(jī)噪聲。假設(shè)反射波同相軸具有線性或局部線性的特性， 在f-x域中對(duì)每一個(gè)頻率成分應(yīng)用復(fù)數(shù)最小平方原理， 可求得預(yù)測(cè)算子。方法的基本原理如下：

2 試驗(yàn)分析

經(jīng)過(guò)上述f-x域預(yù)測(cè)去噪算法后，得到光纖聲傳感系統(tǒng)采集的地震波數(shù)據(jù)和噪聲處理后數(shù)據(jù)的對(duì)比，如圖1所示。其中1（a）為原始數(shù)據(jù)，1（b）為去噪后的數(shù)據(jù)。從對(duì)比結(jié)果可以看出，f-x域預(yù)測(cè)去噪技術(shù)能有效去除DAS系統(tǒng)中的背景噪聲，得到清晰的地震波信號(hào)。

為了更為清晰的對(duì)比f(wàn)-x域預(yù)測(cè)去噪和小波濾波在DAS系統(tǒng)噪聲處理中的效果，對(duì)圖1中的局部數(shù)據(jù)進(jìn)行了噪聲處理前后的對(duì)比，如圖2所示。從對(duì)比結(jié)果來(lái)看，基于f-x域預(yù)測(cè)去噪技術(shù)和小波濾波能有效去除DAS系統(tǒng)中信號(hào)的毛刺，使得系統(tǒng)通道間噪聲更加平穩(wěn)，同時(shí)能有效的保持信號(hào)，提高信噪比。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了基于f-x域預(yù)測(cè)濾波技術(shù)在光纖聲傳感系統(tǒng)中的降噪應(yīng)用。試驗(yàn)分析表明該技術(shù)能有效去除光纖聲傳感系統(tǒng)的噪聲，使得系統(tǒng)通道間噪聲更加平穩(wěn)，同時(shí)能有效的保持信號(hào)，提高信噪比。表明該技術(shù)可廣泛在光纖聲傳感系統(tǒng)的信號(hào)處理中進(jìn)行應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張軍華，呂寧，田連玉，陸文志，鐘磊.地震資料去噪方法技術(shù)綜合評(píng)述[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2006，21（02）：546-553.

[2]Canales L L.Random noise reduction[A].In： 54th SEG Mtg[C].1984：525-572.