[发明专利]遗传算法优化匹配追踪的全波核磁共振信号噪声滤除方法

说明书

本发明为一种遗传算法优化匹配追踪的全波核磁共振信号噪声滤除方法，主要面向处理全波核磁共振信号中的工频谐波干扰和随机噪声。首先，对核磁共振测深找水仪采集到的MRS信号利用带通滤波的方式进行预处理，通过频谱分析获得信号中含有的工频谐波干扰以及MRS信号的频率；然后，建立针对MRS信号特点和工频谐波干扰特点的两种原子库，采用遗传算法优化匹配追踪算法，在谐波原子库中寻找工频谐波原子重构工频谐波并从原始含噪信号中减去；最后，采用遗传算法优化匹配追踪算法在MRS原子库中寻找MRS信号原子重构MRS信号，实现对随机噪声的滤除，直到满足误差精度要求停止迭代。本发明实现了含噪MRS信号中工频谐波干扰和随机噪声的有效滤除，与传统MRS信号去噪方法相比，具有运算速度快、信噪比高、实用性强等优点。

技术领域

本发明涉及核磁共振测深(Magnetic Resonance Sounding,MRS)信号噪声滤除领域，具体而言为一种遗传算法优化匹配追踪的全波核磁共振信号噪声滤除方法。

背景技术

地面核磁共振又称磁共振测深(Magnetic Resonance Sounding,MRS)，由于其直接对地下水中的氢质子敏感，因而是目前世界上唯一能够定量确定地下水存储状态的方法。该方法通过人工产生的交变电磁场激发地下水中的氢质子，受到激发的氢质子产生能级跃迁。当撤销人工场后，采集系统接收氢质子释能回迁时感应出的MRS信号，实现对地下水的探测。

MRS响应信号非常微弱，一般为纳伏级。该方法在实际应用中会受到复杂环境噪声的影响，导致MRS信号质量恶化，甚至信号完全被噪声所淹没。因而，磁共振探测的噪声抑制问题一直备受国内外专家学者的关注。对于工频谐波与随机噪声的滤除：Legchenko和Valla在论文《Removal of power-line harmonics from proton magnetic resonancemeasurements》(《Journal of Applied Geophysics》,2003年第53卷2期:103-120页.)提出采用区块对消法等用于消除MRS信号中工频谐波干扰。Dalgaard等人在论文《Adaptivenoise cancelling of multichannel magnetic resonance sounding signals》(《Geophysical Journal International》,2012年第191卷1期:88-100页.)提出采用自适应噪声对消算法进行多通道MRS探测信号的处理，实现了主通道与参考通道中相关噪声的抵消。田宝凤等人在论文《基于参考线圈和变步长自适应的磁共振信号噪声压制方法》(《地球物理学报》,2012年第55卷7期:2462-2472页.)提出了基于变步长LMS(Least MeanSquare,LMS)算法的自适应噪声对消算法进行MRS信号中工频谐波和部分随机噪声的滤除。Ghanati等人在论文《Joint application of a statistical optimization processempirical mode decomposition to MRS noise cancelation》(《Journal of AppliedGeophysics》,2014年第111卷5期:110-120页.)提出了基于EMD以及CEEMD方法进行有效MRS信号衰减趋势的提取。Larsen等人在论文《Noise cancelling of MRS signalscombiningmodel-based removal of powerline harmonics and multichannel Wienerfiltering》(《Geophysical Journal International》,2014年,第196卷2期:828-836页.)通过工频谐波建模结合多通道维纳滤波法实现了噪声的有效抑制。Müller-Petke和Costabel在论文《Comparison and optimal parameter setting of reference-basedharmonic noise cancellation in time and frequency domain for surface-NMR》(《Near Surface Geophysics》,2014年第12卷2期:199-210页.)将基于远端参考的自适应噪声对消技术分别应用于时、频域方法上，结果证明频域方法具有更优的性能。AnnetteHein等人在论文《Symmetry based frequency domain processingto remove harmonicnoise from surface nuclear magnetic resonance measurements》(《GeophysicalJournal International》,2017年第208卷4期:724–736页.)根据磁共振信号的频域对称性去除工频谐波噪声，将含噪数据的信噪比提升了10％。尽管上述算法在一定条件下取得了一定效果，但是由于噪声源的无规律性和不稳定性以及空间分布性，限制了算法的应用。