[发明专利]基于小波分解与IME频率估计的瞬变电磁数据处理方法

说明书

本发明提出了一种基于小波分解与IME频率估计的瞬变电磁数据处理方法，属于瞬变电磁信号处理领域，采用小波分解算法对环境噪声进行预处理以压制随机噪声，减小其他噪声对评估工频噪声频率的干扰，再利用IME频率估计方法，将噪声中的谐波噪声成分作为主要成分，精确地估计出工频噪声频率f；最后设置瞬变电磁工作频率4/f、占空比25％和双极性方波发射，再利用工频噪声的周期性，有效消除工频谐波噪声及其残余噪声。

技术领域

本发明涉及瞬变电磁信号处理领域，特别是涉及一种基于小波分解与IME频率估计的瞬变电磁数据处理方法。

背景技术

瞬变电磁法是一种基于电磁感应定律的地球物理探测方法，因其对低阻体敏感的特点，广泛应用于地质结构探测、地质资源勘查等工作中，同时广泛服务于人类城市地下空间的科学研究与探索工作中。

然而在噪声抑制方面，目前瞬变电磁法处理噪声的最有效方法是在发射双极性方波的基础上进行数据多次叠加，该方法在拥有大量数据的前提下取得了优异的噪声抑制效果，但是大量的叠加次数会导致系统工作效率大大下降，尤其是对于移动测量的瞬变电磁系统，获取的叠加次数有限，难以满足数据处理的需求。因此，在电力线分布密集、谐波噪声复杂的城市环境中工作效率更差，航空瞬变电磁数据由于工频谐波噪声的干扰甚至无法正常工作。

另外，现存的谐波噪声处理方法都是在假设其基频为50Hz前提下进行的，这种假设被证实存在不合理性，在实际探测环境中，谐波噪声频率会存在一定程度的波动，这会导致传统的以50Hz为假设方法噪声抑制效果受到限制，残余工频谐波噪声仍会导致较低的信噪比。因此，在强谐波噪声环境中，一个高效的噪声抑制方法是有必要的。

发明内容

本发明的目的就是针对现有瞬变电磁法噪声抑制方面存在的工频谐波噪声残余、叠加次数多、效率低，在电力线分布密集、谐波噪声复杂的城市环境中工作效率更差，航空瞬变电磁数据由于工频谐波噪声的干扰甚至无法正常工作等缺点，提供了一种基于小波分解与IME频率估计的瞬变电磁数据处理方法，该方法在获取精确的工频频率前提下，设置瞬变电磁工作频率和占空比，再利用双极性方波发射，能够有效抑制工频谐波噪声，消除噪声残余，同时大幅降低叠加次数，对于实现地下空间的高效探测具有重要意义。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于小波分解与IME频率估计的瞬变电磁数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集环境噪声，环境噪声n(t)为谐波噪声n_r(t)与其他噪声n_e(t)共同组成的耦合噪声；

环境噪声形式表示如下：

n(t)＝n_r(t)+n_e(t)

S2、采用小波分解算法预处理环境噪声n(t)：将步骤S1中的谐波噪声n_r(t)作为噪声中的主要成分，利用小波分解算法抑制其他噪声n_e(t)，小波分解处理后获得环境噪声n′(t)；

S3、采用IME算法估算谐波噪声频率：针对谐波噪声n_r(t)构造IME方程组并迭代优化，对步骤S2预处理后的环境噪声n′(t)进行频率估算，得到工频噪声频率f；

S4、设定瞬变电磁发射线圈工作模式：根据步骤S3获得的工频噪声频率f设定发射频率为f/4，发射双极性方波，占空比设定为25％；

S5、发射结束后，采集瞬变电磁二次场信号，采集时间为Ts/4，其中Ts为发射频率的周期，即4/f，在一个工作周期内双极性方波产生的二次场信号为正信号s₁和负信号s₂交替出现；

S6、判定信号采集时长是否大于1s，采集时长大于1s，返回步骤S1；采集时长小于1s，瞬变电磁发射线圈继续工作，继续采集瞬变电磁二次场信号；