Методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм

Предложены методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм. Рассматриваются возможности предложенных методов при обработке математической модели профилограммы. Приводятся примеры обработки реальных профилограмм....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2013
Hauptverfasser:	Гончар, А.И., Федосеенков, С.Г., Шундель, А.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Морський гідрофізичний інститут НАН України 2013
Schriftenreihe:	Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
Schlagworte:	Современные методы и средства мониторинга и исследования процессов формирования и эволюции экосистемы Азово-Черноморского бассейна
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56906
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм / А.И. Гончар, С.Г. Федосеенков, А.И. Шундель // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2013. — Вип. 27. — С. 7-12. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-56906
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-569062014-03-02T03:01:35Z Методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм Гончар, А.И. Федосеенков, С.Г. Шундель, А.И. Современные методы и средства мониторинга и исследования процессов формирования и эволюции экосистемы Азово-Черноморского бассейна Предложены методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм. Рассматриваются возможности предложенных методов при обработке математической модели профилограммы. Приводятся примеры обработки реальных профилограмм. Запропоновано методи усунення кратних хвиль при обробці інформації профілограм. Розглядаються можливості запропонованих методів при обробці математичної моделі профілограми. Наводяться приклади обробки реальних профілограм. The paper proposes methods for multiple attenuation in the processing of information profilograms. The possibilities of the proposed methods in processing mathematical model profilograms. Are considered examples of real-world processing profilograms are given. 2013 Article Методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм / А.И. Гончар, С.Г. Федосеенков, А.И. Шундель // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2013. — Вип. 27. — С. 7-12. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1726-9903 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56906 621.39.96 ru Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу Морський гідрофізичний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Современные методы и средства мониторинга и исследования процессов формирования и эволюции экосистемы Азово-Черноморского бассейна Современные методы и средства мониторинга и исследования процессов формирования и эволюции экосистемы Азово-Черноморского бассейна
spellingShingle	Современные методы и средства мониторинга и исследования процессов формирования и эволюции экосистемы Азово-Черноморского бассейна Современные методы и средства мониторинга и исследования процессов формирования и эволюции экосистемы Азово-Черноморского бассейна Гончар, А.И. Федосеенков, С.Г. Шундель, А.И. Методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
description	Предложены методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм. Рассматриваются возможности предложенных методов при обработке математической модели профилограммы. Приводятся примеры обработки реальных профилограмм.
format	Article
author	Гончар, А.И. Федосеенков, С.Г. Шундель, А.И.
author_facet	Гончар, А.И. Федосеенков, С.Г. Шундель, А.И.
author_sort	Гончар, А.И.
title	Методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм
title_short	Методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм
title_full	Методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм
title_fullStr	Методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм
title_full_unstemmed	Методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм
title_sort	методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм
publisher	Морський гідрофізичний інститут НАН України
publishDate	2013
topic_facet	Современные методы и средства мониторинга и исследования процессов формирования и эволюции экосистемы Азово-Черноморского бассейна
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56906
citation_txt	Методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм / А.И. Гончар, С.Г. Федосеенков, А.И. Шундель // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2013. — Вип. 27. — С. 7-12. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
work_keys_str_mv	AT gončarai metodypodavleniâkratnyhvolnpriobrabotkeinformaciiprofilogramm AT fedoseenkovsg metodypodavleniâkratnyhvolnpriobrabotkeinformaciiprofilogramm AT šundelʹai metodypodavleniâkratnyhvolnpriobrabotkeinformaciiprofilogramm
first_indexed	2025-07-05T08:10:41Z
last_indexed	2025-07-05T08:10:41Z
_version_	1836793768284520448
fulltext	7 УДК 621 .39 .96 А.И .Гончар, С.Г.Федосеенков , А.И.Шундель Научно-технический центр панорамных акустических систем НАН Украины, г.Запорожье МЕТОДЫ ПОДАВЛЕНИЯ КРАТНЫХ ВОЛН ПРИ ОБРАБОТКЕ ИНФОРМАЦИИ ПРОФИЛОГРАММ Предложены методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм. Рассматриваются возможности предложенных методов при обра- ботке математической модели профилограммы. Приводятся примеры обработки реальных профилограмм. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА : параметрический профилограф, профилограмма, крат- ные волны, преобразование радона, ЛЧМ сигнал. Сокращение запасов полезных ископаемых, в особенности нефти и газа, на суше ведет к расширению их разведки и добычи в акваториях морей и океанов. Для этого сооружаются крупные, но в то же время аварийно опас- ные объекты: буровые платформы, подводные газопроводы, гидротехниче- ские сооружения. Эти проекты требуют серьезного инженерно-геологичес- кого обоснования, и не последнюю роль в этом играет метод гидроакусти- ческого профилирования, который позволяет изучить геологический разрез на требуемую для этих целей глубину с достаточно высокой детальностью. Для решения подобных задач наиболее перспективными в настоящее время считаются параметрические профилографы, сигналы которых за счет высо- кой мощности излучения, низкой частоты зондирующего сигнала и узкой характеристики направленности излучателя позволяют проникнуть доста- точно глубоко в толщу донного грунта. В виду этого разработаны алгоритмы обработки информации, получен- ной при исследовании дна акваторий с помощью профилографа для водона- сыщенных грунтов. Изначально одной из первых проблем обработки профилограмм было устранение кратных волн. Кратными называются волны, которые на своем пути распространения испытали более одного отражения [1]. В настоящее время кратные волны рассматриваются как когерентные помехи, поскольку они взаимодействуют с первичными волнами, или могут быть по ошибке интерпретированы как первичные. Они так же отрицательно влияют на процессы отображения, которые предполагают отсутствие кратных волн в данных профилограммы. Классификация и природа возникновения помо- гают распознать кратные волны в процессе обработки профилограммы. В литературе [1] вводятся такие их характеристики, как периодичность, гео- метрия (особенности), положение на разрезе. На геометрию влияют углы наклона слоя и характеристики слоев (мощность, импеданс). Для определения первичных волн в профилограмме используется алго- ритм на основе преобразования Радона. Классическое преобразование Ра- дона как фильтрация для двухмерного случая отображает функцию, опреде-  А .И .Гончар , С .Г .Федосеенков , А .И .Шундель , 2013 8 ленную на плоскости R2 во множестве её линейных интегралов и записыва- ется в следующем виде [2]: ∫ +∞ ∞− ++= dttytxfyxF )sin,cos(),,( θθθ где f – функции по прямой, проходящей через пиксель x, y в направлении θ. Выделив c помощью преобразования Радона все данные на профило- грамме, можно применить формулу алгоритма VDMUL [1]: ....*** +++= ddddddp , (1) где p – первичные отражения; d – данные профилограммы; [*] – операция свертки. Получается бесконечный ряд Тейлора, который выражает p как функ- цию от d. Следовательно, можно выделить первичное поле из необработан- ных данных, повторяя свертки. Также для выявления первичных волн можно использовать спектр от- раженного сигнала [3]. Анализ данных заключается в исследовании измене- ния спектра отраженного сигнала в зависимости от глубины H проникнове- ния зондирующего сигнала в морской грунт. Спектральный анализ прово- дится на фиксированных по длине последовательных интервалах времени с перекрытием. При этом данные качественно показывают трансформацию скользящего спектра отраженного сигнала. В окрестности отражения от по- верхности раздела вода-грунт начинает преобладать высокочастотная часть спектра, по мере проникновения в грунт высокочастотная часть спектра за- тухает, начинает преобладать низкочастотная часть спектра. В линейной зависимости затухания от частоты по степени асимметрии спектра отраженного сигнала можно определить коэффициент частотной за- висимости затухания в пределах полосы сигнала. Изменение формы спектра сигнала с глубиной приводит к частотному затуханию, поэтому можно ис- пользовать интегральные характеристики формы, принятые в статистике [4]. В статистике для характеристики формы функции распределения ис- пользуется несколько интегральных характеристик. Эти величины можно использовать и для описания формы спектра G(f). Такими характеристика- ми являются: средняя частота и моменты спектра. Средняя частота f0 – центр тяжести спектра – дает возможность по выборке определить мощность пиков, то есть дать информацию о возможном наличии границ слоев по профилю на выбранном участке профилограммы [4]: ∫ ⋅= dffGff )(0 . Моменты спектра [4]: ∫ −= dffGffM n n )()( 0 , ∫ −== dffGffM )()( 2 02 2δ , где Mn – n-ий момент спектра; δ 2 – второй момент, он же дисперсия спектра Величину δ можно рассматривать как один из вариантов определения «ширины» спектра. Коэффициент асимметрии k характеризует симметрию спектра относи- тельно центральной частоты [4]: 3 23 MMk = . (1) 9 Коэффициент эксцесса ν характеризирует сглаженность спектра в окре- стности центральной частоты [4]: 3 2 2 4 −= M Mν . (2) Вычислив и выделив локальные максимумы распределения коэффици- ента эксцесса (2), можно получить фактические границы слоев. Алгоритм расчета отдельных характеристик формы можно рассматривать как вариант преобразования данных профилирования, ориентированный на частотное затухание – изменение амплитуды по частоте в зависимости от глубины. Обработка данных производится следующим образом. Выбирается интер- вал спектрального анализа. На интервале с помощью быстрого преобразо- вания Фурье (БПФ) вычисляется спектр и для него вычисляются коэффици- енты статистического анализа. Далее интервал смещается на один отсчет. Таким образом, проводится преобразование данных по всей строке. Далее строится двухмерное изображение (интерпретация) полученных результа- тов и проводится соответствующий анализ. Рассмотрим реализацию дан- ного метода с применением мате- матической модели параметриче- ского профилографа, разработан- ной в [5]. В табл.1 приведены па- раметры модели слоистой струк- туры дна (рис.1, а)). В качестве зондирующего си- гнала использовался ЛЧМ сигнал с параметрами: нижняя частота fH = 5 кГц, девиация частоты ∆f = 6 кГц, длительность импульса τ = 4 мс. На рис.1 показана последовательность обработки информации. В целях наглядности работы алгоритма из исходной профилограммы (рис.1, б) для анализа взята каждая пятидесятая выборка и для нее вычислен график распределения коэффициента эксцесса (рис.1, в) как оценка сгла- женности спектра в окрестности центральной частоты. Соединением мак- симумов (рис.1, г) получены кривые (рис.1, д), которые есть не что иное как аппроксимация фактических границ разделов слоев (рис.1, е) или, другими словами, первичных волн. При применении этого алгоритма ко всем выбор- кам получены гладкие кривые фактических границ разделов слоев. Рис.1, д, е подтверждают эффективность предложенного алгоритма. На рис.2 показан пример выявления границ слоев по реальной профи- лограмме с использованием интегральных характеристик спектра отражен- ного сигнала. На рис.3 показан результат работы разработанного алгоритма выделе- ния первичных волн с помощью преобразования Радона и метода VDMUL. Таким образом оба предложенных метода позволяют эффективно выяв- лять и подавлять кратные волны, тем самым определять фактические гра- ницы слоев донных отложений для последующей их стратификации. Если Т а б л и ц а 1 .Характеристики слоев моде- ли структуры донных отложений на рис.1, а. № слоя ρ , кг/м3 c , м/с тип слоя 1 1000 1500 вода 2 1325 1480 жидкий ил 3 1850 1617 песчаный ил 4 1975 1645 тонкий песок 5 2050 1817 грубый песок 10 а б в г д е Р и с . 1 .Математическая модель метода определения первичных волн с помощью интегральных характеристик формы спектра отраженного сигна- ла: модель слоистой структуры морского дна с показаниями плотности (а); модель профилограммы (первичные и кратные волны) (б); распределение коэффициентов эксцесса по выборкам с шагом 50 (в); выделение пиков распределение коэффициентов эксцесса (г); определенные границы слоев по профилю (д); модель профилограммы (первичные волны) (е). сравнивать работу двух алгоритмов [6], то можно сказать, что алгоритм с применением спектра отраженного сигнала требует использовать в качестве зондирующего широкополосные сигналы, что ограничивает его примени- мость. При использовании алгоритма на основе преобразования Радона и метода VDMUL нужно учитывать тот факт что ряд (1) бесконечный, и выде- ление первичных данных производиться с погрешностью, связанной с ко- личеством взятых членов ряда (1). В дальнейших исследованиях представ- ляет интерес разработка методов, которые могли бы применять характери- стики и особенности кратных волн как дополнительный признак при стра- тификации слоев донных отложений. 11 а б в г Р и с . 2 .Анализ интегральных характеристик формы спектра отраженного сигнала: исходная профилограмма (а); распределение коэффициентов экс- цесса по выборкам с шагом 50 (б); выделение пиков распределение коэффи- циентов эксцесса (в); определенные границы слоев по профилю (г). а б Р и с . 3 .Обработка информации в профилограмме: выявление всех волн на профилограмме с помощью преобразования Радона (а), первичные волны, распознанные алгоритмом VDMUL (б). 12 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Уильямсон Д. Кратные волны и их подавления: курс лекций / пер. с англ. Ива- нов С.В.– Тюмень: Проком, 2001.– 369 с. 2. Рашевский П.К. Курс дифференциальной геометрии.– М.: Гостехиздат, 1956.– 396 с. 3. Каевицер В.И., Разманов В.М., Долотов С.А. Акустическая локация морских осадков когерентными ЛЧМ сигналами // Журнал радиоэлектроники.– 2009.– № 9.– С.52-63. 4. Нефедова Г.А. Теория вероятностей и математическая статистика.– М.: Наука, 1986.– 532 с. 5. Гончар А.И., Федосеенков С.Г., Шундель А.И. Цифровое моделирование пара- метрического профилографа // IV межд. конф. «Проблемы, методы и средства исследования мирового океана» (Запорожье, 14-15 мая 2013 г.).– Запорожье, 2013.– С.132-144. 6. Створення технології автоматизованої дистанційної профільної ґрунтової зйомки морського дна: Звіт по НДР / НТЦ ПАС НАН України; № 0110U003681. – Запоріжжя, 2012.– 70 с. Материал поступил в редакцию 08 .06 .2013 г . АНОТАЦ IЯ Запропоновано методи усунення кратних хвиль при обробці інформації профілограм. Розглядаються можливості запропонованих методів при обробці математичної моделі профілограми. Наводяться приклади обробки реаль- них профілограм. ABSTRACT The paper proposes methods for multiple attenuation in the processing of information profilograms. The possibilities of the proposed methods in processing mathematical model profilograms. Are considered examples of real-world processing profilograms are given.

Методы подавления кратных волн при обработке информации профилограмм

Institution

Ähnliche Einträge