[发明专利]基于改进多尺度散布熵的大地电磁信号去噪方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于改进多尺度散布熵的大地电磁信号去噪方法及系统，该方法包括：步骤S1：将大地电磁信号分段，再分别提取每段大地电磁信号的改进多尺度散布熵；步骤S2：利用每段大地电磁信号的改进多尺度散布熵进行聚类分析识别出强干扰信号段和低频缓变化信号段；步骤S3：对所述强干扰信号段进行去噪；步骤S4：将步骤S3中去噪后的信号段与低频缓变化信号段进行合并拼接得到重构的大地电磁信号。本发明能获得高质量的大地电磁信号，能有效避免大地电磁低频数据丢失的情况，提升针对性去噪效果。

技术领域

本发明属于大地电磁信号处理技术领域，具体涉及一种基于改进多尺度散布熵的大地电磁信号去噪方法及系统。

背景技术

大地电磁(MT)是一种基于电磁感应原理的电磁测深方法，通过利用在地面上观测具有区域性乃至全球性分布特性的天然交变电磁场来研究地下岩层的电性及分布特征。由于天然场中含有从高频到低频丰富的频率成分，而不同频率成分的电磁波具有不同的趋肤深度，因此大地电磁法能达到测深的目的。然而，一种天然交变电磁场做场源的方法与有源场相比，其信号微弱、频带宽，在野外数据采集中易受到噪声的干扰。如何高效压制噪声，提高大地电磁数据的信噪比，保证数据质量，始终是MT数据采集和处理的核心问题。

伴随着电子技术，信号处理技术的发展而迅速推广，大地电磁测深无论在仪器研制，数据采集，处理技术与反演解释的研究都融合了当今最新的科学理论和高新技术。如远参考法、robust估计、小波变换、数学形态滤波、压缩感知、稀疏分解、信噪辨识等均在MT数据处理中得到较好地应用，一定程度上提高数据的信噪比和质量。然而，上述方法在处理MT噪声信号时，往往丢失低频有用信息或处理效率低等问题，造成视电阻率-相位曲线严重混乱，导致数据质量严重降低，无法为后续电磁法反演提供有效可靠的大地电磁测深数据。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于改进多尺度散布熵的大地电磁信号去噪方法及系统，从大地电磁时间序列入手，提取每段大地电磁信号的改进多尺度散布熵作为特征，再利用特征参数进行聚类分析，自动识别出强干扰信号段和低频缓变化信号段，然后仅对强干扰信号段进行针对性去噪，将去噪后的信号段和识别为低频缓变化信号段合并来重构高质量的大地电磁信号，解决了现有技术在去噪中的过处理和处理不当等问题。本发明算法简单，易于实现，适合于处理海量受方波和三角波强干扰的实测大地电磁数据。

本发明提供的一种基于改进多尺度散布熵的大地电磁信号去噪方法，包括以下步骤：

步骤S1：将大地电磁信号分段，再分别提取每段大地电磁信号的改进多尺度散布熵；

其中，将一段大地电磁信号在尺度因子τ下进行多尺度粗粒化处理得到τ组粗粒化序列，再统计尺度因子τ下粗粒化序列的散布模式概率的均值，并结合香农熵定义和所述散布模式概率的均值得到所述一段大地电磁信号的改进多尺度散布熵。

其中，将原始的大地电磁信号X分为n段，X＝{X_i,i＝1,2,...,n}，X_i表示第i个信号段，再分别计算每一段大地电磁信号的改进多尺度散布熵；

步骤S2：利用每段大地电磁信号的改进多尺度散布熵进行聚类分析识别出强干扰信号段和低频缓变化信号段；

步骤S3：对所述强干扰信号段进行去噪；

步骤S4：将步骤S3中去噪后的信号段与低频缓变化信号段进行合并拼接得到重构的大地电磁信号。

其中，所述改进多尺度散布熵的公式如下：