Estudo de famílias wavelets para aplicação na análise em DOAS

Trace gases are important to our environment even though their presence comes only by ‘traces’, but their concentrations must be monitored, so any necessary interventions can be done at the right time. There are some lower and upper boundaries which produce nice conditions for our lives and then monitoring trace gases comes as an essential task nowadays to be accomplished by many techniques. One of them is the differential optical absorption spectroscopy (DOAS), which consists mathematically on a regression - the classical method uses least-squares - to retrieve the trace gases concentrations. In order to achieve better results, many works have tried out different techniques instead of the classical approach. Some have tried to preprocess the signals to be analyzed by a denoising procedure - e.g. discrete wavelet transform (DWT). This work presents a semi-empirical study to find out the most suitable DWT family to be used in this denoising. The search seeks among many well-known families the one to better remove the noise, keeping the original signal’s main features, then by decreasing the noise, the residual left after the regression is done decreases too. The analysis take account the wavelet decomposition level, the threshold to be applied on the detail coefficients and how to apply them - hard or soft thresholding. The signals used come from an open and online data base which contains characteristic signals from some trace gases usually studied.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Gases-traço são importantes para nosso ambiente, mesmo se manifestando apenas em ‘traços’, mas suas concentrações devem ser monitoradas, para que quaisquer intervenções necessárias sejam tomadas a tempo. Condições apropriadas para nossas vidas residem dentro de limites inferiores e superiores destes gases, por isso seu monitoramento é essencial hoje em dia e diversas técnicas podem ser usadas para este fim. Uma delas é a espectroscopia de absorção óptica diferencial (DOAS), que consiste de uma regressão - o método clássico usa mínimos quadrados - para determinar a concentração dos gases-traço. Para melhorar os resultados, diversos estudos buscaram abordagens alternativas. Alguns tentaram pré-processar o sinal, através de uma remoção de ruído, e.g., usando transformada wavelet discreta (DWT). Este trabalho apresenta um estudo semi-empírico para encontrar a DWT com o melhor desempenho para remoção de ruído. Dentre diversas famílias conhecidas, buscou-se aquelas cuja remoção de ruído foram melhor, preservando características principais do sinal original, então com a redução do ruído, o resíduo após a regressão também diminui. A análise leva em conta o nível de decomposição wavelet, o limiar aplicado nos coeficientes de detalhe e como aplicá-los - limiariazação abrupta ou suave. Os sinais usados provêm de um banco de dados aberto e online com sinais característicos de gases-traço usualmente estudados.