煤层弹性波探地雷达接收信号处理方法研究

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课题源于国家自然科学基金项目“基于连续震源的煤层反射式槽波精细探测理论研究”。课题主要目的是对超低频弹性波接收信号进行处理,包括对直达波干扰和多界面杂波干扰的对消降噪,以及对淹没在不同反射特征信号中远端地质小构造特征信号的提取。分析了超低频弹性波在煤层中的传播特性。复杂的煤系地层结构,导致弹性波在传播过程中会受多径效应影响,产生不同程度的信号时延和能量衰减,导致接收信号往往是低频微弱信号。微弱的低频接收信号又受直达波干扰、界面干扰影响较大,难以识别。而且超低频信号又具有波长大,界面干扰拖尾较严重等一系列特点。在实际工程探测中,接收到的回波信号,除了干扰强度较大的直达波及多界面杂波干扰之外,同源干扰更是影响小构造特征信号的提取因素。建立了超低频多界面信号模型,选取非因果滤波器结构的归一化最小均方对消算法,进行干扰抑制。针对接收信号特点以及干扰特点,为减小稳态误差,提高收敛速度,对步长的选取进行了改进,采用新Sigmoid函数进行步长改变,应用到非因果变步长的自适应对消中。为提取远端小构造微弱特征信号,仅利用对消处理达不到实际应用效果,需要对接收信号进行二次处理。根据盲源分离可以分离多个源信号的特点,采用盲源分离与自适应对消相结合的算法,先利用盲源分离,分离出强信号分量,并将此信号作为负反馈信号,再进行自适应多反射强信号分量对消处理。进行仿真分析,得到第三章所提的改进算法可以在更小的稳态误差和较快收敛速度条件下,取得了较好对消效果,但发现同源干扰仍存在。继续进行信号处理,仿真发现利用第四章所提混合算法可以消除绝大多数的同源干扰,尤其是强分量成分,且回波剖面图显示小构造特征也较明显。
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