[发明专利]一种联合EMD与TFPF算法的全波磁共振信号随机噪声消减方法

说明书

本发明涉及一种联合EMD与TFPF算法的全波磁共振信号随机噪声消减方法，是一种不需要设计滤波区间的“盲”滤波方法。首先利用EMD算法的分解特性，将全波磁共振信号分解成不同本征模态分量，再使用TFPF算法将信号主导模态分量编码为单位幅度解析信号的瞬时频率，利用解析信号的时频分布沿着瞬时频率集中的特性来抑制随机噪声。该方法需要较少的滤波约束条件，操作简单，不需要在时频域设计滤波区间，对于低信噪比的全波磁共振信号具有较强的适应性。显著提高探测效率，一次测量即可获得较好的消噪效果，有效消减随机噪声的同时不损失信号成分，可显著增强信噪比，提高了后期反演解释的准确性。

技术领域：

本发明涉及一种核磁共振测深(Magnetic Resonance Sounding,MRS)信号噪声消减方法，尤其是利用基于EMD与TFPF联合算法原理消减全波磁共振信号中所含随机噪声的数据处理方法。

背景技术：

磁共振地下水探测技术是一项新兴的地球物理探测技术，由于其具有直接探测和定量评估的优点，近年来受到了广泛的关注，并取得了快速的发展。目前，已经由理论研究逐步发展到研制比较成熟的仪器探测系统，并在一些地区进行了实地测量，成功探测到浅层地下水资源，对改善目前国家贫水现状以及预测由地下水引起的地质灾害具有重要的意义。但由于地下水中受激氢质子弛豫产生的磁共振信号幅度很小(纳伏级1nV＝10^-9V)，极易受到各种环境噪声干扰。对于随机噪声干扰，由于其频带分布范围广、与有效信号交织在一起，难以去除，严重影响了信号的信噪比，导致在后期进行反演解释时出现较大误差。因此，有效的消除随机噪声获取可靠的磁共振信号将为提高反演解释结果的准确性奠定重要的基础。

专利CN104459809A公开了一种“基于独立成分分析的全波核磁共振信号噪声滤除方法”，主要针对全波核磁共振信号中的工频谐波干扰或某一单频干扰。首先利用核磁共振测深探水仪采集MRS信号，通过频谱分析获得采集信号中含有的工频谐波干扰或某一单频干扰的频率，采用数字正交法构造输入通道信号解决欠定盲源分离问题；然后，将构造的输入通道信号与采集的MRS信号一并作为输入信号进行独立成分分析，得到分离MRS信号；最后采用频谱校正法解决分离后MRS信号幅值不定问题，进而提取去噪后MRS信号。专利CN104898172A公开了一种“基于互相关的核磁共振全波信号噪声滤除方法”，是利用噪声与拉莫尔频率的正弦信号不相关，而FID幅度衰减正弦信号与拉莫尔频率的正弦信号具有相关性的特点，通过互相关运算滤除噪声，然后拟合互相关波形的包络，并重构不含噪声的互相关波形，最后利用解卷积算法提取核磁共振全波数据中的FID信号。专利CN104614778A公开了一种“基于ICA的核磁共振地下水探测信号噪声消除方法”，该方法首先录入三组核磁共振响应数据，分别对这三组数据进行傅里叶变换，确定每组数据核磁共振中心频率附近所含工频谐波，然后构造与工频谐波同频率，与核磁共振相应数据同长度的正弦函数、余弦函数，并与核磁共振响应数据组成观测信号，采用独立分量分析算法对每组观测信号进行分离得到解混信号，进行数据重构以消除工频谐波的干扰，将三组去除工频谐波的核磁共振数据作为观测信号，再利用ICA算法处理，削弱剩余随机噪声的干扰。蒋川东在NearSurface Geophysics[2011,9(5),459-468]上发表的论文“Statistical stacking andadaptive notch filter to remove high-level electromagnetic noise from MRSmeasurements”中采用叠加方法抑制随机噪声，利用磁共振地下水探测系统多次(N_s次)采集信号，将所有单次采集的信号进行叠加处理，信噪比可提高倍。