عنوان پایان‌نامه
بهبود تفکیک زمان- فرکانس تبدیل s با منظم سازی تنک و کاربرد آن در واهمامیخت و نوفه زدایی لرزه ای
- رشته تحصیلی
- ژئوفیزیک-لرزه شناسی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71933;کتابخانه موسسه ژئوفیزیک شماره ثبت: 1182
- تاریخ دفاع
- ۲۳ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- محمد رداد
- استاد راهنما
- حمیدرضا سیاه کوهی, علی غلامی
- چکیده
- برای دستیابی به اطلاعات طیفی سیگنال های ناپایا که محتوای فرکانسی متغیر با زمان دارند، نمایش های زمان فرکانس توسعه داده شده اند تا به صورت همزمان اطلاعات زمانی و فرکانسی از سیگنال حاصل گردند. اولین رهیافت در این زمینه قطعه بندی سیگنال از طریق یک فرایند پنجره زنی بود؛ به این ترتیب که با اعمال تبدیل فوریه بر سیگنال مقیاس شده در درون هر یک از قطعات، اطلاعات طیفی منتسب به مرکز آن پنجره بدست آید. در این رهیافت شکل و پهنای پنجره ی مورد استفاده بر تفکیک پذیری زمانی و فرکانسیِ نمایش حاصل تأثیرگذار است. به همین منظور روش های متعددی ارائه گشته اند. تبدیل S به عنوان یکی از این روش ها است که یک پنجره ی گوسی را، که پهنای آن به صورت وارون فرکانس تغییر می کند، برای فرایند پنجره زنی انتخاب می کند. اگرچه این روش یک رهیافت مطلوب را برای پنجره زنی بر مبنای تغییرات محتوای فرکانسی سیگنال پیشنهاد می کند، اما در فرکانس های پایین تفکیک پذیری زمانی ضعیف و در فرکانس های بالا تفکیک پذیری فرکانسی ضعیف ارائه می کند. به همین منظور رهیافت های مختلفی در جهت بهبود تفکیک پذیری آن ارائه گردیده اند. استفاده از تمرکز انرژی با تکیه بر موضوع تُنُکی یکی از آنها است. از این منظر یک نمایش زمان-فرکانسِ ایده آل نمایشی است که بیشترین تمرکز انرژی را با استفاده از کمترین ضرایب غیر صفر ارائه دهد. در این رساله با تکیه بر این موضوع، بهبود تفکیک پذیری زمان-فرکانس تبدیل S، از طریق یافتن پهناهای بهینه ی پنجره ی گوسی، هدف قرار گرفته است. به همین منظور در ابتدا فرایند پنجره زنی از دو منظر مطالعه خواهد شد: پنجره-زنی در حوزه ی زمان و پنجره زنی در حوزه ی فرکانس. در این رساله نشان داده می شود که می توان از هر یک از این دو حوزه نمایش زمان-فرکانس سیگنال را، که برگشت پذیر نیز باشد، بدست آورد. سپس یک مسئله ی بهینه سازی پیشنهاد می شود که از طریق آن می توان پهنای پنجره ی بهینه را برای هر یک از نمونه های زمانی سیگنال (از منظر حوزه ی زمان) و یا برای هر یک از مؤلفه های فرکانسی سیگنال (از منظر حوزه ی فرکانس) بدست آورد. این کار با هدف دستیابی به توزیع های فرکانسی و یا توزیع های زمانی صفحه ی زمان-فرکانس که تمرکز بیشینه ی انرژی داشته باشند صورت می گیرد. همچنین در این رساله معیارهای مختلفی برای اندازه گیری تمرکز انرژی پیشنهاد می شوند. ارزیابی روش با آزمایش بر روی سیگنال های ناپایای مصنوعی غیر لرزه ای و لرزه-ای متعدد عملکرد بهتر آن را در مقایسه با برخی روش های مرسوم زمان-فرکانس نشان می دهد. از این روش در برخی کاربردهای لرزه ای شامل واهمامیخت ناپایا، تضعیف نوفه ی زمین غلت در حوزه ی زمان-فرکانس، تحلیل Q ثابت، استخراج نشانگرهای زمان-فرکانس و تحلیل AVO در حوزه ی زمان-فرکانس استفاده شده است که نتایج روش معرفی شده در مقایسه با برخی دیگر از روش های مرسوم بهتر است. همچنین یک الگوریتم سریع برای تولید مقاطع تک فرکانس با تفکیک پذیری بالا معرفی می شود که با اعمال بر روی داده های دوبعدی و سه بعدی، کارایی قابل قبول آن نشان داده خواهد شد. از این شیوه در آشکارسازی نواحی گازدار، سایه های کم فرکانس و کانال استفاده می-شود و برتری کیفیت نتایج آن نسبت به برخی دیگر از روش های مرسوم نشان داده می شود.
- Abstract
- To reach the spectral information of non-stationary signals which have time-variant frequency content, time-frequency representations have been developed. The first approach was segmenting the signal by a windowing process. The Fourier transform of the segments provides the spectral information assigned to the window center. Through this approach, the shape and the width of the employed window affect on time-frequency resolution of obtained representation. For this reason, several methods have been presented. The S-transform is one of those which it employs a Gaussian window whose width is inversely proportional to frequency. Although, based on the frequency content variation of signal, this method proposes a favorite approach for windowing, it presents a weak time resolution in low frequencies and a weak frequency resolution in high frequencies. Therefore, some techniques have been proposed to improve the S-transform resolution. Employing energy concentration, related to sparsity issue, is one of these techniques. In this framework, an ideal time-frequency representation is one which has the most energy concentration by using the least non-zero coefficients. Based on this issue, in the present study, improving the S-transform resolution is targeted, through finding optimum Gaussian window widths. For this purpose, firstly, the windowing process will be studied in two perspectives: windowing in time domain and windowing in frequency domain. It will be shown which an invertible time-frequency representation can be obtained by each of these perspectives. Later on, an optimization problem will be proposed by which it is possible to find optimum window width for each time sample (in case of time domain perspective) or for each frequency component (in case of frequency domain perspective). The problem will be solved with the goal of reaching frequency distributions or time distributions of time-frequency map which they would have maximum energy concentration. Afterwards several energy concentration measures will be proposed. Through some experiments about several seismic and non-seismic non-stationary synthetic signals, the evaluation of the method shows its higher performance compared to some conventional time-frequency methods. Some seismic applications including non-stationary deconvolution, ground roll attenuation, constant quality factor analysis, AVO analysis in time-frequency domain and extraction of time-frequency attributes prove the better results of the proposed method compared to those of some other methods. Afterwards, in this study, a fast algorithm is proposed to generate high resolution single-frequency seismic sections. Application of the proposed technique on 2-D and 3-D seismic data shows its high efficiency. Besides it can provide the better results rather than some conventional time-frequency methods in detecting gas and low-frequency shadows and visualizing channels.
