[发明专利]一种瞬变电磁信号工频及其谐波干扰消除方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于电磁信号处理，具体地来讲为一种瞬变电磁信号工频及其谐波干扰消除方法及装置。

背景技术

瞬变电磁探测方法是一种基于电磁感应原理的地球物理探测方法，具有施工效率高、分辨能力强优势，广泛应用于矿产勘探、油气探测等领域。在瞬变电磁地球物理勘探中，经常引入各种干扰和噪声，而来自高压输送电网，供电变压器接地方式等原因产生的工频及其谐波干扰是十分普遍的，尤其在城市附近，工频及其谐波干扰十分强烈。

瞬变电磁探测系统接收线圈在接收瞬变电磁信号的同时，不可避免的接收到工频及其谐波噪声，引起瞬变电磁信号信噪比降低，导致探测精度下降。并且瞬变电磁信号随时间成指数衰减，晚期道信号十分微弱，工频及其谐波干扰严重影响晚期道数据质量，导致地球物理深部信息反演结果可信度降低，勘探深度减小。

CN101548885A公开了一种去除电生理信号中工频干扰的方法。该发明通过将采集到的生理信号中减去重构干扰信号的方法，得到纯净的电生理信号。由于电生理信号主要集中在30Hz以下，50Hz附近的能量非常小，该方法在重构过程中忽略了50Hz附近的信号，但是瞬变电磁为宽频信号，不能忽略50Hz附近的能量，因此该方法不适用于瞬变电磁信号去除工频干扰。

CN101666834A公开了一种抗工频干扰的信号采集方法及系统。该方法首先通过从输入的市电交流信号中提取工频信号，并对其进行同步跟踪，产生工频同步脉冲。其次根据工频同步信号锁定检测信号中工频干扰的过零点相位，在过零点相位对输入的检测信号进行同步采样。该方法虽然在实现消除工频干扰的过程中，未损失有用信号，但过零点相位检测时，过零点相位容易产生偏差，影响测量结果。

CN104702243A公开了一种基于模糊逻辑滤除工频干扰的自适应滤波器。通过数字信号的模糊逻辑分析，构建匹配的滤波器，对信号进行滤波，实现生物信号工频干扰的消除。该方法虽然使工频干扰得到衰减，但有用信号也遭到同样的衰减，导致测量保真度下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种瞬变电磁信号工频及其谐波干扰消除方法及装置，在不损失有用信号的前提下，去除工频及其谐波干扰对瞬变电磁数据的影响，以提高瞬变电磁信号的信噪比，尤其对于晚期道信号的提取，提高深部反演信息的准确性。

本发明是这样实现的，

一种瞬变电磁信号工频及其谐波干扰消除方法，该方法包括，

步骤1，在第一时间段内接收环境噪声信号N(t)，经放大后，经低通滤波去除高频噪声，对其信号中的工频及其谐波噪声进行建模得到工频及其谐波干扰模型，

步骤2，从第二时间段开始，打开发射机，接收包括瞬变电磁感应电压信号和环境噪声信号，采用所述第一时间段内的工频及其谐波干扰模型计算所述第二时间段内及后续时间段的工频及其谐波估计值，

步骤3，将包括瞬变电磁感应电压信号和环境噪声信号经减法器去除工频及其谐波估计值得到去噪后的瞬变电磁信号。

方法进一步地，步骤1包括：

采用傅里叶级数拟合，对工频及其谐波噪声建立模型：

其中k为采样时间，A_m为m次谐波分量对应的幅度，φ_m为m次谐波分量对应的相位，f₀为工频噪声频率，f_s为采样频率，M取小于等于200，N_p(k)表示工频及其谐波干扰模型函数，对式(1)进行正交分解，写成：

其中

求出α_m、β_m及工频噪声频率f₀得到工频及其谐波干扰随时间变化的函数N_p(k)。

方法进一步地，根据工频噪声频率f₀的波动区间，采用二分法进行迭代计算，逐步减少搜索空间求取工频噪声频率f₀以及α_m和β_m。

方法进一步地，根据工频噪声频率f₀的波动区间，采用二分法进行迭代计算，逐步减少搜索空间求取工频噪声频率f₀以及α_m和β_m包括：

式(2)写成：

求解方程组(3)，得到系数X＝[α₁ β₁ … α_m β_m]^T，