【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁共振测深(magnetic resonance sounding,mrs)信号噪声滤除领域，具体是一种基于二次频率耦合算法的磁共振测深信号提取方法。
技术介绍
1、地面磁共振测深是一类直接检测地下水的地球物理手段，是通过水中氢质子的弛豫特性变化来进行地下水体赋存状况监测的，由于它具备了检测速率快、检测内容丰富、能够定量解释等优势，被广泛应用于水资源探测、水文环境监测和地下水源性灾害事故预防等领域。在地面磁共振探测中，由于背景磁场是地磁场，强度在5～6×10-5t，获得的信号非常微弱，只有纳伏级，因而需要高灵敏度的探测仪器进行数据采集。mrs全波信号的数学表达式为：
2、该模型中的相关参数主要包括：e0、fl、分别表示与地层含水量相关的信号初始振幅、与含水层孔隙度相关的弛豫时间、与采集信号所在位置相关的拉莫尔频率、与水层周围物质的导电性相关的初始相位。
3、对地下水体赋存状况的监测是在野外开展测量，无法屏蔽外界环境干扰，导致大量的环境噪声和人文噪声等冗余信息一并被仪器系统所捕获，严重影响采集数据的质量，难以实现mrs信号的有效检测，不可避免的会受到环境中噪声的干扰，常见的环境噪声一般分为3类：随机噪声、工频谐波噪声、尖峰噪声。其中，随机噪声：主要由外界环境和仪器自身一些不可避免的因素产生，整体上具有随机性。在实际的信号处理流程中，一般使用多次采集取平均值的方法来抑制随机噪声的干扰。尖峰噪声：一般是由脉冲、短持续时间和高能电磁活动产生的，整体特点是持续时间短、干扰幅度大。在实际处理过程中，大幅
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于二次频率耦合算法的磁共振测深信号提取方法，解决磁共振探水仪所测得的全波mrs信号为非常微弱的纳伏级，极易受工频谐波、随机噪声等环境噪声的干扰，进而对有效信号特征参数的提取造成影响，致使降低后续反演解释准确性的问题。
2、本专利技术是这样实现的，一种基于二次频率耦合算法的磁共振测深信号提取方法，该方法包括如下步骤：
3、步骤1：对磁共振测深探水仪采集的一组采样时间间隔为ts的含噪mrs信号m(t)，通过去直流偏置、去尖峰噪声对含噪mrs信号m(t)进行预处理，得到信号x(t)；
4、步骤2：对信号x(t)进行功率谱分析，将最靠近磁共振测深探水仪发射频率ft的峰值频率f2确定为mrs信号中目标信号的拉莫尔频率，将f2作为巴特沃斯滤波器的通带中心，通带范围设置为[f2-300，f2+300]，过渡带设置为100hz，阻带为[0，f2-400]∪[f2+400，+∞]，将信号x(t)通过巴特沃斯滤波器得到信号s(t)；
5、步骤3：向信号s(t)中加入频率分别f1、f3的两个余弦项x1(t)、x2(t)，得到信号r(t)，其中f1<f2、f3>f2、且f2＝f3-f1，使mrs信号中目标信号与两个余弦项构成二次频率耦合条件；
6、步骤4：对信号r(t)进行三阶累积量对角切片计算，计算中满足二次频率耦合条件，得到信号c(t)，对信号c(t)进行频谱分析，识别二次频率耦合是否有效，得到频谱中只含有三个频率分量f1、f2、f3；
7、步骤5：对信号c(t)分别以三个频率分量f1、f2、f3作为参考频率，将频谱搬移至0频率处，并利用低通滤波器得到三个频率分量的时域信息，获得复包络信号sig1、sig2、sig3，其中sig1、sig3与mrs信号中目标信号具有相同的指数衰减趋势，通过最小二乘法完成对参数初始振幅e0、弛豫时间频率偏差df、初始相位的提取；
8、步骤6：依据步骤5获得的参数，按照数学模型重构mrs时域信号，其中fl＝f2+df，实现mrs信号的提取。
9、进一步地，步骤4中对信号r(t)进行三阶累积量对角切片计算，计算中满足二次频率耦合条件，具体步骤为:
10、设置信号其中，是指谐波项的相位，ai是谐波项的幅值，ti＝t2时是mrs信号的弛豫时间，m≥3，当i＝2时对应的分量为e指数衰减的mrs信号中目标信号，i取其余值时ti→∞，即表示余弦项和工频谐波干扰项，除f1、f2、f3可以构成f2＝f3-f1关系外，任意两个频率之和不等于时间序列内的频率；
11、计算信号r(t)的三阶累积量c3x(τ1,τ2)： τ1和τ2为作三阶累积量计算时的时间常数；
12、
13、
14、其中，i、j以及k含义相同，用于区分r(t)、r(t+τ1)、r(t+τ2)；只保留f2＝f3-f1的项:
15、
16、取三阶累积量主对角切片，令τ＝τ1＝τ2：
17、
18、因t服从均匀分布，其概率密度函数为其中t表示为时间，即函数的自变量，n表示采样点数；
19、
20、设置余弦项的相位则：
21、
22、其中频率为f1、f2、f3的分量分别对应第一信号分量，第二信号分量和第三信号分量。
23、本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：
24、本专利技术选择二次频率耦合算法作为mrs信号提取的方法，该方法整体框架是将采集的mrs通过功率谱分析确定拉莫尔频率，加入确定的余弦项与mrs信号构成二次频率耦合条件，对该信号采用三阶累积量对角切片计算识别耦合条件，进而抑制信号中的噪声，通过对结果中两个指数衰减信号的分析，利用最小二乘算法，实现对mrs信号4个关键参数的估计，最后通过数学模型实现对mrs信号的恢复。该方法可以实现mrs信号中关键参数的高精度估计，进而实现对信号的时域恢复。鉴于二次频率耦合算法不但拥有严谨的数学推导，并且可以在强噪声环境下仍然可以完成信号的有效恢复。所以，该方法的有效应用，对于提高磁共振探测数据的信噪比，拓展磁共振勘探技术在复杂强噪声干扰下有效mrs信号的高精度和高稳定性提取具有重要的理论意义，并且解决了经典消噪方法需要每个脉冲矩下多次重复采集数据，对每个数据所包含的各种噪声分别处理的复杂流程，节省了野外实验中大量的财力物力。
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1.一种基于二次频率耦合算法的磁共振测深信号提取方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.按照权利要求书所述的方法，其特征在于，步骤4中对信号R(t)进行三阶累积量对角切片计算，计算中满足二次频率耦合条件，具体步骤为:
【技术特征摘要】
1.一种基于二次频率耦合算法的磁共振测深信号提取方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.按照权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：田宝凤，韩雨，段皓钰，李禧扬，栾卉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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