Seismic signal analysis by time-frequency representation: Application to El Hoceima seism

Analyse de signaux sismiques par les représentations temps-fréquence: Application au séisme d’El Hoceima

C. Bekkali, A. Bencheqroune, M. Benseddik*

UFR Imagerie et Systèmes de Communication

Equipe d’optoélectronique et traitement de l’information

Faculté des Sciences Dhar El Mehraz BP 1796 Atlas Fès Maroc

* Corresponding author. E-mail: isdc@caramail.com

Received: 02 August 2005; revised version accepted: 09 January 2006

Abstract

In this paper, we present an comparison of different time-frequency representations (TFR) used for non-stationary signal analysis. In particular, the seismic surveying is a wide field of similar applications. The TFR belong to the Cohen class or to the affine class (Wavelet Transform WT). The Wigner-Ville Distribution (WVD) is used as reference. Some improvement is obtained by a smoothed version of the WVD and by the reassignment method, as a complementary tool for the time-frequency analysis. This comparative study has been made for a real application: Real seismic data recorded in the seism of El Hoceima in 1994. Our results are convincing and show the quality of the extraction of the efficient information for each TFR method. The Wavelet transform is the most adapted method for the seismic signal analysis especially in resolution.

Keywords: Time-frequency representation; Seismic signal; Wigner-Ville distribution; Wavelet; Reassignment method.

Résumé

Dans ce papier, nous présentons une étude comparative de différentes représentations temps-fréquence (RTF) utilisées pour l’analyse de signaux non-stationnaires. En particulier, les signaux sismiques constituent un vaste champ d’application, étant donné la complexité des situations rencontrées, nécessitant le développement de techniques innovantes et adaptées. Les RTF utilisées sont issues de la classe de Cohen ou de la classe affine (Transformée en Ondelettes TO). Pour l’évaluation des performances, la distribution de Wigner-Ville (DWV) est utilisée comme référence. Quelques améliorations sont apportées par une version lissée de la DWV par un noyau adapté au signal et par l’introduction de la méthode de réallocation comme outil complémentaire pour l’analyse temps-fréquence. L’étude comparative a été menée dans le cadre d’une application précise : données réelles enregistrées lors de l’acquisition du signal sismique du séisme de la ville d’El Hoceima en 1994. Nos résultats sont probants et montrent l’apport de l’amélioration de la qualité d’extraction de l’information pertinente par chaque méthode de RTF et la supériorité de la TO pour le traitement et l’analyse de signaux sismiques, surtout en résolution.

Mots clés : Représentation temps-fréquence; Signal sismique; Distribution de Wigner-Ville; Méthode de réallocation; Ondelettes.

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