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1、 本 科 毕 业 设 计题 目经验模态分解在地球物理资料中的应用 英文题目 Empirical Mode Decomposition and its Application in Geophysics 二O一七年六月本科毕业设计（论文）任务书学生姓名班级专业电子信息工程导师姓名职称单位毕业设计（论文）题目经验模态分解在地球物理资料中的应用毕业设计（论文）主要内容和要求：主要内容：1、研究经验模态分解法原理；2、利用MATLAB语言编程实现经验模态分解法；3、对理论模型和实际数据进行试验，验证经验模态分解法。要求：经验模态分解法是一种新的分析非线性非平稳信号处理方法。利用经验模态分解法处理地球物
2、理非线性非平稳信号，分离提取资料中的特征信息，进而可对其分析解释。毕业设计（论文）主要参考资料：1、Hassan H. H., Empirical Mode Decomposition (EMD) of potential field data, SEG 72th Annual International Meeting Expanded Abstracts, 2005: 704-706.2、曾华霖，重力场与重力勘探，地质出版社，20053、管志宁，地磁场与磁力勘探，地质出版社，2005毕业设计（论文）应完成的主要工作：1、研究经验模态分解法原理；2、用MATLAB语言编写经验模态分解法程序；
3、3、理论模型和实际地球物理资料的经验模态分解法试验；4、分析总结数据试验结果。毕业设计（论文）进度安排：序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注1课题调研、查询资料、外文资料翻译、文献综述，准备开题报告3月5日3月30日2经验模态分解法方法研究和程序编写实现，准备中期检查4月1日5月7日3理论模型和实际数据试验，改进完善方法和程序5月8日5月20日4撰写论文，准备答辩5月21日6月3日课题信息：课题性质： 设计 论文 课题来源： 教学 科研 生产 其它发出任务书日期： 20年3月10日 指导教师签名： 年 月 日教研室意见：教研室主任签名： 年 月 日学生签名： 摘 要经验模态分解(EMD)
4、是由Huang等人提出的一种新的分析非线性、非平稳信号的方法。本文研究经验模态分解原理及其在地球物理资料中的应用。首先研究经验模态分解的基本原理和算法，对地球物理资料（地震资料，重磁资料）进行EMD分解试验分析，然后研究基于EMD的Hilbert变换原理及其在提取地震属性信息中的应用，对实际地震时间剖面和时间切片进行EMD时频分析试验。本文的方法研究和数据试验分析表明：经EMD分解变换得到的IMF序列是直接从原始时序数据中分离出来的,事先无需确定分解阶次,能更好反映原始数据固有的物理特性,每阶IMF序列都代表了某种特定意义的频带信息；EMD分解获得的IMF序列具有稳态性,对IMF进行Hilbe
5、rt变换，就可以得到单个固有模态函数的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率，这些信息可以清楚的显示信号的时频特征；EMD分析方法用于分解地球物理资料和作时频分析是有效的。关键词：经验模态分解；地球物理；Hilbert变换；固有模态函数；时频分析需要全套设计或其它题目论文请联系扣扣：八五零七二五四三九ABSTRACTEmpirical Mode Decomposition(EMD), which was developed by huang, is a new method to analyse nonlinear and nonstationary signals. In this paper, we
6、 study the theory of EMD and its applications in handling geophysical data. Firstly, we introduce the theory and the Methodology about EMD ,then we will use this method to analyse the geophysical information, including the gravity anomaly data and seisms data. Based on the EMD, we will study the the
7、ory of the Hilbert transform, and then use it to obtain the images,from which we can deal with the seisms slice by time- frequency analysis in order to distill the seisms information. The studying of EMD and the data testing in this paper indicate: intrinsic mode functions(IMF) is comes from the ori
8、ginal signal by the EMD, in this course, we need not fix on the Decomposition number and would not influenced by some mens factors. Every intrinsic mode function stand for some given information and can reflect the intrinsic physical Information very well. Meantime, take the IMF for Hilbert transfor
9、m, then we can get the IMF frequency and the amplitude, which can show the signals characteristics very clearly. So it is very useful to use the EMD to study the geophysical data.Key words: Empirical Mode Decomposition; geophysics; Hilbert transform; intrinsic mode function; time- frequency analysis
10、目 录第一章 绪 论1第二章 经验模态分解(EMD)2第一节 EMD基本原理2第二节 EMD算法流程3第三节 EMD示例5第三章 EMD分解地球物理信号8第一节 EMD分解位场资料8一、EMD分解一维重力异常数据8二、EMD分解二维重力异常数据9第二节 EMD分解地震资料13一、EMD分解一维地震数据13二、EMD分解地震时间剖面14三、EMD分解地震时间切片17第三章 基于EMD的Hilbert变换与地震信号属性信息19第一节 基于EMD的Hilbert变换原理19第二节 提取地震信号属性信息20一、提取地震时间剖面属性信息20二、提取地震时间切片属性信息22结 论23致 谢24参考文献25
11、附录：经验模态分解MATLAB程序26第一章 绪 论目前，信号处理1方法主要有傅立叶变换、小波变换等，这些方法在处理线性、平稳的信号时，具有简单、效率高等优点，然而，在实际的地球物理数据测量中，许多信号是非平稳的或非线性的，如果在处理这些信号时，仍假设数据是平稳或线性的，会使我们得到错误的分析结果，为了正确有效地分解非平稳信号，本文研究一种新的方法，即经验模态分解(EMD) 2，该方法是由Huang等人提出的一种新的分析非线性、非平稳信号的方法。经验模态分解（EMD）方法可将信号分解为若干个固有模函数(Instrinsic Mode Function，IMF)，这些IMF是完备的并且正交的。由
12、于EMD方法是依据数据本身的时域信息进行的时域分解，得到的IMF的个数通常是有限的和平稳的，基于这些IMF分量进行的Hilbert变换，得到IMF的瞬时振幅，瞬时频率，以及瞬时相位，从这些频谱图上我们可以得到真实清楚的物理信息，因此，其Hilbert谱也能够准确反映出信号能量、频率在空间或时间尺度上的分布，在非线性和非平稳过程的分析中具有很高的应用价值。由于经验模态分解法主要用于分析非线性非稳定性数据，所以它在各种资料处理中应用非常广泛。在过去的几年,EMD方法已经被广泛用于非线性的海洋波动数据分析3、地震信号和结构分析4、位场数据分析5、机械故障诊断6、医学信号7、桥梁和建筑物状况监测的分析
13、、太阳辐射的变化分析等领域的研究。也可以将经验模态分解法扩展至二维，应用于图象处理8，将图像分解为一系列不同尺度的信息，为深入处理图象提供足够的不同尺度的信息，在实际应用中取得了很好的效果。本文研究经验模态分解原理及其在地球物理资料中的应用。本文首先研究经验模态分解的基本原理和算法，对地球物理资料（地震资料，重磁资料）进行EMD分解试验分析，然后研究基于EMD的Hilbert变换原理及其在提取地震属性信息中的应用，对实际地震时间剖面和时间切片进行试验分析。第二章 经验模态分解(EMD)第一节 EMD基本原理经验模态分解法利用信号的局部特征时间尺度，从原信号中提取出若干个固有模态函数(IMF)和
14、一个残余量，分解出的各个IMF分量突出了数据的局部特征，残余分量体现了信号中的缓慢变化量，对它们进行分析，可以更准确有效地把握原数据的特征信息。用EMD来分解一个非平稳非线性的信号是建立在一个假设基础之上的:任意信号都是由有限个固有模态函数(IMF)组成的。而固有模态函数具有两个特征:(1)整个信号中的过零点和极值点的个数相等或相差1;(2)信号关于时间轴局部对称，即信号任意一点由局部极大值确定的包络和由极小值确定的包络的均值为零。EMD方法将信号分解成若干个IMF的过程如下：先找出原始信号(t)的局部最大值或最小值，用三次样条函数进行插值，分别形成上包络和下包络。然后再求上、下包络的平均值和差值，即：上下包络的平均值公式如下： （1-1）原函数(t)和的差值公式如下 (1-2)如果中极值点的数目和跨零点的数目相等或至多只
