[发明专利]一种电磁噪声背景下微弱磁共振信号提取方法及装置

说明书

本发明涉及磁共振测深技术领域，具体地来讲为一种电磁噪声背景下微弱磁共振信号提取方法及装置，该方法包括：利用磁共振探测系统获取一组磁共振信号S(t)；建立基于Duffing阵子的混沌检测系统；将磁共振信号按照时间和预估水文信息特征分解进行分段切割为分段信号；将形成的分段信号分别进行m次延拓；将延拓后的信号分别送入混沌检测系统得到信号幅度；将被测信号的信号幅度按照时间和预先分割状态进行顺序组合，得到去噪后的磁共振信号包络图像，完成探测数据中磁共振信号S(t)中有效信号的提取。提取信号的效果远超其他数据处理方法，能够实现在矿井、隧道等电磁噪声复杂且强烈的环境下进行磁共振探测，有效拓展磁共振探测地下水技术的应用范围。

技术领域

本发明涉及磁共振测深技术领域，具体地来讲为一种电磁噪声背景下微弱磁共振信号提取方法及装置。

背景技术

磁共振测深技术是一种能够对地下水进行直接探测的地球物理方法，测量结果中能够有效反映目标水体埋藏深度、赋存状态等水文地质信息。将该技术应用于地下工程(矿井、隧道)等环境，能够探明开挖、采掘工作面前方未知区域中诱发灾害的地下水体信息，通过工程施工单位采取必要措施，可以显著降低灾害水体造成的人员伤亡和财产损失。

CN102062877公布了一种对前方水体超前探测的磁共振装置及探测方法。通过计算机控制大功率电源、系统控制器、信号采集单元等模块，以及垂直布设的线圈模式，对前方水体的水量大小、含水层位置等信息进行有效探测，预报隧道、矿井前方可能造成的不良诱灾水体信息。

CN103837903公布了一种基于无线网络的地下全波磁共振探测装置。探测装置通过无线网络平台实现上位机与发射机、接收机之间的数据通讯，减少仪器装置布设时的复杂度，同时利用全波方式实现水体信息采集，为后期数据处理提供丰富依据。

上述两项公开文件代表了利用磁共振方法在地下工程中进行探测的典型方法和装置，在噪声较低环境下能够实现前方水体的有效探测。但是，矿井、隧道环境属于地下工程设施，在施工和生产过程中，经常分布着大量的输变电线路、通风照明装置以及大功率的挖采设备，这些线路、装置、设备经常会造成大量的电磁噪声干扰，完全将获得的磁共振信号淹没在电磁噪声中，信号与噪声的初始信噪比达到-60dB以下。如何利用有效的数据处理手段在这种超低信噪比环境下提取出微弱的磁共振信号，是实现地下工程中有效探测所必须解决的新问题。

磁共振信号处理手段种类繁多，包括多次叠加、硬件滤波、小波变换、自适应滤波等传统方法，这些方法根据不同特征的噪声类型采用不同的消减策略，一定程度上提高了磁共振方法的探测能力，但是所能达到的检测信噪比十分有限(公开文献表明，最低检测信噪比下限为-30dB)，无法适用于地下工程环境。

混沌检测方法是近年来新兴的一种信号识别技术。与传统检测方法不同，混沌检测过程中仅以信号为目标，在复杂多变的噪声中将信号的频率、幅度作为敏感信息，以判断检测系统的输出状态为基础，实现微小信号的有效提取。这种方法对噪声具有极强的免疫力，而对信号十分敏感，能够达到极低的检测信噪比下限(公开文献表明，这种方法能够达到的检测信噪比下限约为-70dB，甚至更低)，适用于地下工程环境下的磁共振信号提取。

CN104833850公开了一种“基于Duffing混沌系统的微弱信号检测装置的微弱信号检测方法”，利用信号发生器将产生的微弱信号送至ADC，采集后数据发送至FPGA，作为方程的输入利用波峰差值检测算法计算数值解，根据状态判别获得输入信号依据。实现了硬件对检测方法的可行性验证，主要用于信息通信领域中。

CN102967759公开了一种“基于混沌振子的微弱信号检测电路”，通过控制模块产生控制信号并调整检测电路模块参数，通过显示模块显示内置信号频率、强度以及扫频范围，通过幅度调整模块将控制信号调整为混沌系统阈值，与待测信号合并后送入混沌检测电路模块，该发明可通过观察输出相图来识别微弱信号。