基于多线性奇异值张量分解核磁共振FID信号噪声抑制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于多线性奇异值张量分解核磁共振FID信号噪声抑制方法，包括：获取多通道信号：通过延时采样，每间隔时间Δt，使能一个通道开始采样，得到多通道信号；将每个通道信号变换为Hankel矩阵，构成三阶张量对三阶张量进行Tucker分解并处理，得到三阶张量将三阶张量恢复为多通道信号，对该多通道信号构成的二阶张量X进行CP张量分解处理，最后得到多通信信号融合后的高信噪比信号x

【技术实现步骤摘要】
基于多线性奇异值张量分解核磁共振FID信号噪声抑制方法


[0001]本专利技术涉及信号处理领域，尤其涉及基于多线性奇异值张量分解核磁共振FID信号噪声抑制方法及方法。

技术介绍

[0002]自由感应衰减(Free induction decay,FID)信号是核磁共振技术中产生的信号，在利用核磁共振技术的地体物理探测领域的相关仪器中(如质子旋进类磁力仪、核磁共振找水仪等)都是通过对核磁共振FID信号的参数进行提取、频率测量、水文参数反演等手段来获得所需的地磁场值、水文参数等，但是获得的FID信号都极其微弱，FID信号很容易淹没在环境噪声和人为噪声中。所以如何让抑制各种类别的噪声成为核磁共振技术在相关地学仪器中的主要限制。因此，为了提高地学仪器的测量精度和准确度，需要对获取到的FID信号进行噪声抑制，以得到更准确的频率、水文参数等信息。
[0003]当前阶段的FID信号噪声抑制手段主要是通过算法来进行噪声抑制，常用的算法有SVD、小波变换、PCA、EMD等算法，但是这些算法在实际应用中仍存在以下局限性：1)数据量要求较高，在采样点数很少的情况下，其噪声抑制效果会大打折扣；2)在时频域进行分析处理，其运算量较大，实时性无法保障；
[0004]3)普适性较弱，这些算法针对特定类别的噪声进行噪声抑制，但在实际情况中会有多种噪声同时存在。因此当获得的FID信号噪声较大且噪声类别较多时，这些算法已近无法进行有效的噪声抑制，使得仪器无法正常工作。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，针对以上技术缺陷，本专利技术提出了一种基于多线性奇异值张量分解核磁共振FID信号噪声抑制方法，包括以下步骤：
[0006]S101：获取多通道信号：通过延时采样，每间隔时间Δt，使能一个通道开始采样，得到多通道信号；
[0007]S102：基于多线性奇异值张量分解的噪声抑制：
[0008]将每个通道信号变换为Hankel矩阵，构成三阶张量
[0009]对三阶张量进行Tucker分解并处理，得到三阶张量
[0010]将三阶张量恢复为多通道信号，对该多通道信号构成的二阶张量X进行CP张量分解处理，最后得到多通信信号融合后的高信噪比信号x
new
。
[0011]进一步地，步骤S102中获得的三阶张量进行Tucker分解处理的具体过程为：
[0012]对张量进行Tucker分解，得到一个核心张量与多个伴随矩阵U
(n)
；
[0013]对核心张量中数值相对较小的奇异值进行置零处理，得到处理后的核心张量将处理后的核心张量与上一步得到的多个伴随矩阵U
(n)
进行张量模乘运算，得到
三阶张量即完成一部分的噪声抑制。
[0014]进一步地，对三阶张量恢复为多通道信号X，并进行CP张量分解的具体过程为：
[0015]将三阶张量通过Hankel逆变换为多通道信号矩阵X(即二阶张量)；利用CP张量分解将二阶张量X分解为两组一维向量外积的形式，得到a，b向量，对a，b向量进行运算，得到融合后的去噪FID信号，完成全部噪声抑制。
[0016]进一步地，对a，b向量进行运算的过程如下：
[0017][0018]其中，mean(a)
×
b表示将向量a的均值乘向量b，以得到融合后的信号x
new
。
[0019]本专利技术的有益效果是：有效克服了当前算法在强噪声干扰下的局限性，同时也保证了算法的实时性与普适性，可适用于质子磁力仪、核磁共振找水仪等仪器中，提高其频域测量的精度、水文参数的准确度，有效提高相关地学仪器的精度与准确度。
附图说明
[0020]图1是本专利技术方法流程图；
[0021]图2是多通道等延时采样方法的示意图；
[0022]图3为在极端环境中测得的FID信号经过SVD、PCA、多线性奇异值张量分解(MLSVD)进行噪声抑制后的效果对比。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。
[0024]请参考图1，基于多线性奇异值张量分解核磁共振FID信号噪声抑制方法，包括以下：
[0025]S101：获取多通道信号：通过延时采样，每间隔时间Δt，使能一个通道开始采样，得到多通道信号；
[0026]本专利技术实施例中，采用一种多通道等延时采样的方法得到多个相关的FID信号，通过延时采样，每隔时间Δt，使能一个通道开始采样，采样时间相等，这样就可以得到多个与原信号相关的信号。
[0027]例如，当通道数为5，即获得5个FID信号x1,x2,x3,x4,x5时，多通道等延时采样方法的示意图如图2所示。
[0028]实际中该方法得到的5个向量x1,x2,x3,x4,x5存在着不同的信号和噪声成分：
[0029][0030]其中x
s
表示信号成分，x
n
表示噪声成分。通过多通道等延时采样方法获取到的多通道数据，其信号成分之间相关性较强，噪声成分之间相关性低，相比于多通道采样，降低了其噪声数据的相关性。
[0031]S102：基于多线性奇异值张量分解的噪声抑制：
[0032]将每个通道信号变换为Hankel矩阵，构成三阶张量
[0033]对三阶张量进行Tucker分解处理、Hankel逆变换得到多通道信号X，对X进行CP张量分解完成信号融合，完成噪声抑制。
[0034]本专利技术中，获取到多通道的数据后，将多通道的数据构造为三阶张量，利用多线性奇异值张量分解进行噪声处理：
[0035]1)将每个通道的信号都变换为Hankel矩阵，多个Hankel矩阵所组成的三维数组就是三阶张量。构成三阶张量后，需要对张量进行多线性奇异值张量分解。假设得到三阶张量：
[0036][0037]2)对张量进行Tucker分解：张量分解为一个核心张量与N个伴随矩阵连续模n乘的结果。
[0038]3)张量进行Tucker分解后得到核心张量其数值也表示着数据的信号成分和噪声成分。将其中较小的代表噪声的数值置零，在恢复为新的张量既可以得到噪声处理的效果。
[0039]4)将张量通过Hankel逆变换得到二阶张量(即矩阵)X，将二阶张量(即矩阵)X经CP张量分解后，得到两个向量a,b两个向量，通过对向量a,b进行运算：
[0040][0041]mean(a)
×
b表示将向量a的均值乘向量b，以得到融合后的信号x
new
即为融合后的FID信号。
[0042]本专利技术提供一种实施例如下：
[0043]图3为在极端环境中测得的FID信号经过SVD、PCA、多线性奇异值张量分解(MLSVD)进行噪声抑制后的效果对比，由时域图(SVD为图3左侧最上和最下部分，MLSVD为图3左侧中间梯形部分，PCA为介于两者之间部分)与频域图可以看出基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多线性奇异值张量分解核磁共振FID信号噪声抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：S101：获取多通道信号：通过延时采样，每间隔时间Δt，使能一个通道开始采样，得到多通道信号；S102：基于多线性奇异值张量分解的噪声抑制：将每个通道信号变换为Hankel矩阵，构成三阶张量对三阶张量进行Tucker分解并处理，得到三阶张量将三阶张量恢复为多通道信号，对该多通道信号构成的二阶张量X进行CP张量分解处理，最后得到多通信信号融合后的高信噪比信号x
new
。2.如权利要求1所述的一种基于多线性奇异值张量分解核磁共振FID信号噪声抑制方法，其特征在于：步骤S102中获得的三阶张量进行Tucker分解处理的具体过程为：对张量进行Tucker分解，得到一个核心张量与多个伴随矩阵U
(n)
；对核心张量中数值相对较小的奇异值进行置零处理，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欢，王泽华，董浩斌，赵昌峰，王晓斌，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：