基于复电阻率法的相关融合降噪算法研究与实现

发布时间：2020-09-05 09:07

　　复电阻率法是研究地下构造、寻找有用固体矿产和油气资源、解决工程地质等问题的重要手段。在实际勘探区域中经常存在复杂的干扰信号,严重影响复电阻率信号的质量,导致地质构造及其内部目标异常解释不准确。为了解决这一问题,近些年出现了相关辨识降噪技术。但是,目前的相关辨识降噪技术主要采用大地注入电流信号既作为相关辨识降噪的基准信号,又作为求解复电阻率特定参数的关键信号,就会造成以自身尺度作为降噪的标准,从而当其信号发生畸变时产生计算误差。本文是在着力解决目前相关辨识降噪技术缺陷的基础上,提出了一种把伪随机激励场源、相关辨识理论、复电阻率法和仪器研制融合到一起的相关降噪算法,简称相关融合降噪算法。本文的主要研究内容如下所述:一是利用相干辨识技术评估了典型伪随机激励场源抗干扰能力的鲁棒性,得出了2~n序列伪随机信号在抗干扰能力方面具有鲁棒性强的特点,这也是文本采用2~n序列伪随机信号作为激励场源的缘由。二是分析了相干函数法甄选具有高信噪比原始复电阻率数据的基本原理,通过与传统相关系数法进行降噪效果对比的仿真分析,验证地引入相干函数法做数据预处理环节,能进一步提高甄选具有高信噪比原始复电阻率数据的能力。三是根据相关融合降噪的设计理念,推导出了三种增强型相关辨识降噪算法。通过与常规降噪算法进行对比分析,验证了三种增强型相关辨识降噪算法的降噪性能。结果表明,第三种增强型相关辨识降噪算法的降噪性能尤为突出。四是自主研制了相关融合降噪算法配套的复电阻率仪器,重点阐述了实现相关融合降噪算法的硬件关键技术。最后,在自主研制的配套仪器上,进行了系统测试和模型实验效果分析,验证了整套仪器的有效性以及相关融合降噪算法体系的完整性。野外勘探表明,相关融合降噪算法大大增强了复电阻率系统的降噪性,提高了其系统分辨异常体的能力和资料解释的准确性。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P631.322
【部分图文】：

仿真波形,仿真波形,响应信号,真实信号

式（2.48）中，表示无噪声信号的真实数据值，表示含噪声信号经过降噪处理之后的数据值，。由公式（2.46）、（2.47）和（2.48）可知，信噪比越大，说明原始信号中含有用信号成分越高，说明原始信号越接近真实信号；噪声均方差越大，说明噪声在信道中强度越强；相对误差越小，说明降噪算法对噪声压制能力越强，处理后的信号越接近真实信号。下面，开始验证相干函数甄选信噪比能力的仿真实验，首先根据实际发射信号的特征，模拟了激励信号和其响应信号，以及实际噪声信号。信号具体特征参数：以 80Hz（周期 12.5ms）的 3 阶伪随机信号作为标准信号源，分别产生 40 个周期的激励信号，其幅值为，和 40 个周期的响应信号，其幅值为。然后，将干扰信号叠加到响应信号上得到含噪声的响应信号，如图 2.4 所示。

相关度,对比分析,相干函数,数值

吉林大学博士学位论文值，如图 2.5 所示。13504422440 李杰图 2.5a 为叠加干扰之后的信号；图 2.5b 黑色点为相关系数的数值，红色点为80Hz 时相干函数的数值，绿色点为 160Hz 时相干函数的数值，蓝色点为320Hz 时相干函数的数值；图 2.5c、d 和 e 分别是频域下 80Hz、160Hz 和320Hz 时对应的相对误差数值。可以看出无论是相关系数和相干函数都能很好的反映整体受干扰的状况，但是将相关系数和相干函数甄选出受干扰最小的进行相对误差对比。对比结果表明，通过相干函数甄选的相对误差最小，即甄选出关键的频点值受到干扰最小，如表 2.3 所示。

序列,伪随机信号,时频域,特征多项式

第 2 章相关融合降噪算法基础理论的研究（2.49）但是在实际应用中，式（2.49）经理论推导，利用特征多项式来产生伪随机信号，常用的特征多项式如表 2.4 所示。序列的最大长度与寄存器的级数关系为：，移位时钟周期就是序列码元的宽度，与伪随机信号的周期关系为：，而对于复电阻率法勘探而言，采用电平对称伪随机信号，比如，信号幅度、频率周期的 3 阶序列伪随机信号，如图 2.8 所示。表 2.4 常用特征多项式

【参考文献】