[发明专利]瞬变电磁探测回波信号的降噪方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及瞬变电磁检测技术，具体为一种基于经验模式分解的瞬变电磁探测回波信号的降噪方法。

(二)背景技术

众所周知，瞬变电磁探测的原理是：瞬变电磁波在向地下传播的过程中，受到各个地层中不同介质的衰减，不同介质对不同频率的瞬变电磁波衰减值是不同的。因此，只要提取出回波信号中对应于不同物质的瞬变电磁信号的特征频谱，就可反演出地层中不同物质。然而，地质遥感信号是非平稳的，且背景噪声复杂，采用常规的时频联合分析法，会产生虚假信号和虚假频率，最终导致系统虚警率过高。

瞬变电磁波探测地层时所采集到的信号不可避免夹杂着多种噪声。接收信号中包含的需要得到的回波信号是相当微弱的，特别是对于接收到的深层的信号，其中回波信号的频率和能量比周围的环境噪声都要小得多，此时的噪声与回波信号相比，为强噪声。为了得到准确的地层信息的回波信号，必须对此接收信号进行降噪处理，从中提取出需要的回波信号。目前对于非线性非平稳性信号的滤波和降噪处理的方法多是先将其转换成线性平稳信号再进行处理。这样就存在一个先验问题，也就是必须知道非线性信号的特征，才能将其转换成线性平稳信号，然后进行降噪处理。而非线性信号的特征先验信息的判决是一个极大的难点，而且其后的降噪处理效果也不佳。

瞬变电磁检测接收的回波信号是典型的非平稳非线性信号。目前各种运用瞬变电磁法的仪器，只是通过简单的积分叠加，笼统地增加叠加的次数来达到降噪的目的。虽然能消除一部分的噪声，对于幅度较大的回波信号能实现提取，也就是说对于浅层的回波信号降噪是有效果。

对于深层的回波信号内，噪声比目标信号大许多倍，积分叠加的方法无论怎么增加叠加次数，最终的信号还是以噪声为主，因积分叠加的方法不能够消除深层的回波信号的噪声，也就不能用此法提取深层地质情况的目标信号，无法准确得到深层地质特征。

为了使瞬变电磁探测用于深层地质必须研究新的接收信号的降噪方法。

(三)发明内容

本发明的目的是公开一种基于经验模式分解的瞬变电磁探测回波信号的降噪方法，对瞬变电磁探测接收信号进行希尔伯特-黄变换(英文为Hilbert-Huang Transform，其缩写为HHT)的经验模式分解(EMD)，用三次样条函数拟合瞬变电磁信号的极值，抑制信号两端的波动，找到变换的本征函数正交集固有模式函数分量，分解出完备的地质频谱信息。

本发明瞬变电磁探测接收信号降噪方法，步骤如下：

I、对瞬变电磁探测接收信号进行经验模式分解(EMD)

首先获得信号数据x(t)的所有极值点，将所有的局部最大值用三次样条插值函数形成数据的上包络，同理，将所有的局部最小值用三次样条插值函数形成数据的下包络，上下包络应覆盖所有的数据点，其均值记作m₁，从原数据序列中减去该均值得到第一个分量h₁：

 h₁＝x(t)-m₁

上述过程即为希尔伯特-黄变换的经验模式分解，也称作“筛”。

在理想情况下，h₁为一个固有模式函数(IMF)分量。但包络的拟合过冲(overshoot)和欠冲(undershoot)是普遍存在的，“筛”会产生新的极值点，移位或放大已存在的极值点，或者使得波形中一个轻微的变化放大成一个局部极值点。“筛”的过程的另一个问题是对于非线性数据，包络均值与真实的局部均值之间存在误差，无论数据经过多少次“筛”，一些非对称波形仍然存在，这主要是由于采用了包络平均的近似方法。

“筛”的过程有两个目的：去除叠加波和使波形更加对称。为了达到这两个目的，“筛”的过程必须进行多次。在第二次“筛”的过程中，把h₁看作待处理数据，其包络均值为m₁₁，则有

h₁₁＝h₁-m₁₁

该过程重复k次，

h_1k＝h_1(k-1)-m_1k

直到h_1k满足固有模式函数的条件为止，于是就从原信号数据中分解出第一个固有模式函数分量，记作：

c₁＝h_1k