关于2024年度湖南省科学技术奖申报情况的公示（蔡剑华）

    根据2024年度湖南省科学技术奖申报工作要求，对蔡剑华团队拟申报内容予以公示，如有对其申报成果相关情况有异议，请于2025年8月27日前通过书面、电话、来访等形式反馈意见。个人反映问题的，要求署真实姓名，过期不予受理。公示内容如下：

1. 项目基本情况

项目名称: 非平稳信号处理方法及其在大地电磁信号处理中的应用研究

提名单位: 常德市人民政府

提名等级: 三等奖

主要完成人:蔡剑华

主要完成单位:湖南文理学院

代表作目录:

1．非平稳信号处理方法及其应用研究，北京大学出版社，蔡剑华，2022年第1版.

2.. Cai Jianhua, Fault diagnosis of rolling bearing based on empirical mode decomposition and higher order statistics, Proc IMechE Part C:J Mechanical Engineering Science,2015, 229(9)： 1630-1638  

3. Cai Jianhua,  Xiao Yongliang. Impulse interference processing for MT data based on a new adaptive Wavelet threshold de-noising method , Arabian Journal of Geosciences,2017,10（18）:1-10.

4. 蔡剑华, 汤井田,王先春. 基于经验模态分解的大地电磁资料人文噪声处理, 中南大学学报自科版, 2011,42(6):1786-1790.

5. Jianhua Cai, Xiaoqin Li. Gear fault diagnosis based on time–frequency domain de-noising using the generalized S transform，Journal of Vibration and Control，2018, 24(15)：3338–3347n

6. 蔡剑华, 肖永良，基于广义S变换时频滤波的MT数据去噪,地质与勘探，2021.57（6）：30-37.

二、项目简介

线性和平稳只是非线性和非平稳的特殊情况，非线性和非平稳才是世界的本质。譬如大地电磁（Magnetotelluric，MT）信号就是典型的非平稳信号，时变才是他们最根本的性质。这使得应用基于线性、平稳系统理论发展起来的信号处理技术来分析这类信号时，其性能难以进一步提高，甚至给分析结果带来很大的偏差。近些年发展并逐步完善起来的非线性、非平稳信号处理方法为获得“无偏”的MT参数估计带来了新的生机。

本项目采用与传统 Fourier 变换对比的方法，系统研究了高阶统计量、经验模态分解( Empirical Mode Decomposition，EMD) 和广义S变换及其组合方法在大地电磁数据处理中的关键技术，主要面向于工程应用以及实际问题的解决，形成了以下主要科学发现点。

（1）建立了通过高阶谱恢复MT信号功率谱的数学模型及其参数估计方法。从高阶统计量的理论入手，提出由信号的高阶谱恢复功率谱，再由恢复的功率谱估算MT响应函数的高阶统计量方法，建立了通过高阶谱恢复功率谱的数学模型。利用高阶累积量对高斯噪声不敏感的特点，可实现在高斯白噪声和有色噪声污染下的瞬态信号频率与功率谱的正确估计；消除了传统功率谱方法中MT响应函数出现个别频点分散和形态异常的现象，使地质参数的估计精度得到明显提高，为后续的资料解释奠定了基础。

(2) 构建了大地电磁信号的Hilbert时频谱库及分段平稳分析的数学模型。基于经验模态分解，研究了MT信号的Hilbert时频谱特征；基于多个矿集区的分析，建立了大地电磁噪声的Hilbert时频谱样本库。提出了MT信号分段平稳分析的概念，以及分段平稳分析的数学模型，并将其用于大地电磁信号的噪声识别、数据筛选和分段平稳分析中。Hilbert时频谱可准确地描述大地电磁数据的突变点、持续时段和频带能量分布，为利用Hilbert时频谱挑选出信噪比高、能量强且分布均匀的信号段做进一步的稳健参数估计提供了条件。

(3) 提出了基于广义S变换和奇异值分解的MT信号去噪方法。引入广义S变换与奇异值分解(SVD)方法，利用广义S变换得到MT数据的时频谱，并将二维时频谱系数矩阵作为SVD的Hankel矩阵求解奇异值，再采用k-均值聚类算法对奇异值序列进行分类计算，确定重构奇异值个数，对去噪后的数据矩阵进行广义S逆变换得到去噪后的MT数据。该方法无需选择基函数和参考噪声数据，具有良好的自适应性，为MT去噪方法的选择提供了有价值的参考。

提供了6篇代表作：英文论文3篇、中文论文2篇和专著1部，其中3篇英文论文SCIE收录，2篇中文论文知网收录，专著为北京大学出版社出版。3篇英文论文都被SCIE引用，1篇Q1区，总引用次数41次，总他引次数36 次，单篇最大引用次数25次，单篇最大他引次数20次。5篇论文都被CNKI引用，总引用次数64次，总他引次数60 次，单篇最大引用次数29次，单篇最大他引次数25次。5篇论文在SCIE和CNKI俩数据库引用的总他引次数是96次。

三、提名意见

近些年发展并逐步完善起来的非线性、非平稳信号处理方法为信号处理技术的发展带来了新的生机。该项目在国家自然科学基金和湖南省自然科学基金的支持下，采用与传统Fourier变换对比的方法，系统研究了经验模态分解、广义S变换和高阶统计量及其组合方法在大地电磁信号分析中的应用方法和应用效果，并从精度、稳定性和效率等方面，建立新方法的评价体系。取得了一些重要成果：1构建了大地电磁信号的Hilbert时频谱库及分段平稳评价的数学模型；(2)建立了通过高阶谱恢复MT信号功率谱的数学模型及其参数估计方法；(3)提出了基于广义S变换和奇异值分解的MT信号去噪方法。所得结果为为改善矿集区MT数据品质和提升MT的探测能力提供技术支持。

提名该项目为湖南省自然科学奖二等奖或三等奖。

四、代表作

选用的6篇代表作信息如下：

五、主要完成人情况

项目1位主要完成人

六、主要完成单位情况表

公示时间：2025年8月18日至8月27日

受理部门：湖南文理学院科技与社会服务（湖南文理学院逸夫楼A513）

受理电话：0736-7186165

（一审龙利秋 二审陈潇潇 三审李叶林）

湖南文理学院

 2025年8月18日