地下水磁共振随机噪声压制方法及双余度接收系统研究
发布时间：2022-05-06 21:12
面向我国水资源勘查的重大需求及矿井/隧道等地下工程突水频发的紧迫性,迫切需要发展一种行之有效的地下水探测方法。由于磁共振技术（MRS）具有非侵入性直接探测及定量评估地下水的能力,已经成为一种重要的现代地球物理找水方法。该方法能够表征氢质子丰度及水体的赋存状态,具有信息量详细丰富、解释目标唯一和快速高效等显著优势,在水文地质调查和灾害水预警领域具有广阔的应用前景。然而,在进行地下水探测时,MRS信号非常微弱（纳伏级）,且野外地磁场无法屏蔽,极易受到周围环境中各种电磁噪声干扰。现有仪器及噪声抑制方法已无法满足在强噪声环境中有效检测信号的需求,存在探测效率低、可靠性差和难以获取有效信号等问题。因此,发展能够提高探测效率和增强系统可靠性的信号检测方法和系统具有重要的意义和实用价值。地下水磁共振噪声干扰通常包括尖峰脉冲噪声、工频及其谐波噪声以及随机噪声等其他复杂非平稳噪声。针对前两类确定性噪声干扰,可通过建模等方式依方法进行消除。但是,针对随机性噪声干扰,由于其不规则、无规律,在探测过程中随机出现,并且其频率分布范围广,常与有效信号混叠在一起,难以抑制。目前普遍采用叠加法,将多次探测的信号进行叠...
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 地下水磁共振探测原理与噪声特征
1.2.1 地下水磁共振探测原理
1.2.2 地下水磁共振随机噪声的主要特征
1.3 国内外研究现状与存在的问题
1.3.1 地下水磁共振探测仪发展历程
1.3.2 地下水磁共振噪声抑制方法研究现状
1.3.3 存在的问题及双余度接收系统的提出
1.4 论文研究内容与结构安排
1.4.1 主要的研究内容
1.4.2 论文的结构安排
第2章 Wigner-Ville分布及TFPF算法
2.1 Wigner-Ville分布
2.1.1 Wigner-Ville分布及其性质
2.1.2 Wigner-Ville分布的几种变形
2.2 解析信号及瞬时频率估计
2.2.1 解析信号定义
2.2.2 瞬时频率估计方法
2.3 TFPF算法及误差分析
2.3.1 TFPF算法原理及性质
2.3.2 TFPF算法的误差分析
2.3.3 基于伪Wigner-Ville分布减小误差的TFPF算法研究
2.4 本章小结
第3章 基于TFPF的MRS包络信号随机噪声压制算法研究
3.1 包络信号及随机噪声干扰
3.2 用于MRS包络信号处理的TFPF算法原理
3.3 TFPF算法压制包络信号随机噪声的仿真试验
3.3.1 人工合成噪声仿真试验
3.3.2 实际探测噪声仿真试验
3.4 算法性能分析
3.5 本章小结
第4章 基于STFPF及EMD-STFPF的MRS全波信号随机噪声压制算法研究
4.1 全波信号及随机噪声干扰
4.2 基于STFPF的MRS全波信号随机噪声压制算法研究
4.2.1 STFPF算法原理
4.2.2 STFPF算法仿真试验
4.3 基于EMD-STFPF的MRS全波信号随机噪声压制算法研究
4.3.1 EMD-STFPF算法原理
4.3.2 EMD-STFPF算法仿真试验
4.4 本章小结
第5章 双余度接收系统的研制及野外应用实例
5.1 双余度接收系统总体方案设计
5.1.1 基于 4N倍信号频率采样的包络采集技术
5.1.2 全波信号采集技术
5.2 双余度接收系统屏蔽室整机测试
5.2.1 本底噪声测试
5.2.2 通道一致性测试
5.3 双余度接收系统野外地下水探测实例
5.3.1 包络和全波采集通路单通道探测试验
5.3.2 全波采集通路多通道探测试验
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 主要创新点
6.3 后续工作展望
参考文献
作者简介及攻读博士期间科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用分段时频峰值滤波法抑制磁共振全波信号随机噪声[J]. 林婷婷,张扬,杨莹,杨玉晶,滕飞,万玲. 地球物理学报. 2018(09)
[2]基于能量运算的磁共振信号尖峰噪声抑制方法[J]. 万玲,张扬,林君,蒋川东,林婷婷. 地球物理学报. 2016(06)
[3]地下工程灾害水源的磁共振探测研究[J]. 林君,蒋川东,林婷婷,段清明,王应吉,尚新磊,范铁虎,孙淑琴,田宝凤,赵静,秦胜伍. 地球物理学报. 2013(11)
[4]地面磁共振测深分布式探测方法与关键技术[J]. 林婷婷,蒋川东,齐鑫,史文龙,段清明,林君. 地球物理学报. 2013(11)
[5]核磁共振地下水探测全波收录系统[J]. 林婷婷,史文龙,齐鑫,林君. 吉林大学学报(工学版). 2014(04)
[6]核磁共振坑道水探测中的激发场研究[J]. 王应吉,赵越,林君,孙淑琴,蒋川东. 地球物理学进展. 2013(01)
[7]复杂条件下地下水磁共振探测与灾害水源探查研究进展[J]. 林君,蒋川东,段清明,王应吉,秦胜伍,林婷婷. 吉林大学学报(地球科学版). 2012(05)
[8]基于参考线圈和变步长自适应的磁共振信号噪声压制方法[J]. 田宝凤,林君,段清明,蒋川东. 地球物理学报. 2012(07)
[9]基于快速傅里叶方法的地震前兆振幅谱分析[J]. 戴勇,高立新,尹战军,查斯,杨彦明. 地震地磁观测与研究. 2012 (02)
[10]压制地震勘探随机噪声的分段时频峰值滤波方法[J]. 林红波,李月,徐学纯. 地球物理学报. 2011(05)
博士论文
[1]地下工程水灾害隐患米级天线磁共振探测技术研究[D]. 易晓峰.吉林大学 2014
[2]地下水磁共振与瞬变电磁联合反演方法及探测系统研究[D]. 万玲.吉林大学 2013
[3]核磁共振2D/3D地下水成像方法及其阵列式地面探测系统研究[D]. 蒋川东.吉林大学 2013
[4]TEM-MRS联用地下水探测关键技术研究[D]. 尚新磊.吉林大学 2010
[5]时频峰值滤波随机噪声消减技术及其在地震勘探中的应用[D]. 林红波.吉林大学 2007
硕士论文
[1]基于FastICA的地面磁共振信号盲源分离方法研究[D]. 张思远.吉林大学 2017
[2]阵列式宽带核磁共振全波采集系统的研制[D]. 曲永星.吉林大学 2015
[3]核磁共振地下水探测系统数据处理软件的设计与应用[D]. 蒋川东.吉林大学 2009
[4]基于时频峰值滤波的勘探地震资料消噪方法的研究[D]. 吴宁.吉林大学 2007
本文编号：3651225
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 地下水磁共振探测原理与噪声特征
1.2.1 地下水磁共振探测原理
1.2.2 地下水磁共振随机噪声的主要特征
1.3 国内外研究现状与存在的问题
1.3.1 地下水磁共振探测仪发展历程
1.3.2 地下水磁共振噪声抑制方法研究现状
1.3.3 存在的问题及双余度接收系统的提出
1.4 论文研究内容与结构安排
1.4.1 主要的研究内容
1.4.2 论文的结构安排
第2章 Wigner-Ville分布及TFPF算法
2.1 Wigner-Ville分布
2.1.1 Wigner-Ville分布及其性质
2.1.2 Wigner-Ville分布的几种变形
2.2 解析信号及瞬时频率估计
2.2.1 解析信号定义
2.2.2 瞬时频率估计方法
2.3 TFPF算法及误差分析
2.3.1 TFPF算法原理及性质
2.3.2 TFPF算法的误差分析
2.3.3 基于伪Wigner-Ville分布减小误差的TFPF算法研究
2.4 本章小结
第3章 基于TFPF的MRS包络信号随机噪声压制算法研究
3.1 包络信号及随机噪声干扰
3.2 用于MRS包络信号处理的TFPF算法原理
3.3 TFPF算法压制包络信号随机噪声的仿真试验
3.3.1 人工合成噪声仿真试验
3.3.2 实际探测噪声仿真试验
3.4 算法性能分析
3.5 本章小结
第4章 基于STFPF及EMD-STFPF的MRS全波信号随机噪声压制算法研究
4.1 全波信号及随机噪声干扰
4.2 基于STFPF的MRS全波信号随机噪声压制算法研究
4.2.1 STFPF算法原理
4.2.2 STFPF算法仿真试验
4.3 基于EMD-STFPF的MRS全波信号随机噪声压制算法研究
4.3.1 EMD-STFPF算法原理
4.3.2 EMD-STFPF算法仿真试验
4.4 本章小结
第5章 双余度接收系统的研制及野外应用实例
5.1 双余度接收系统总体方案设计
5.1.1 基于 4N倍信号频率采样的包络采集技术
5.1.2 全波信号采集技术
5.2 双余度接收系统屏蔽室整机测试
5.2.1 本底噪声测试
5.2.2 通道一致性测试
5.3 双余度接收系统野外地下水探测实例
5.3.1 包络和全波采集通路单通道探测试验
5.3.2 全波采集通路多通道探测试验
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 主要创新点
6.3 后续工作展望
参考文献
作者简介及攻读博士期间科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用分段时频峰值滤波法抑制磁共振全波信号随机噪声[J]. 林婷婷,张扬,杨莹,杨玉晶,滕飞,万玲. 地球物理学报. 2018(09)
[2]基于能量运算的磁共振信号尖峰噪声抑制方法[J]. 万玲,张扬,林君,蒋川东,林婷婷. 地球物理学报. 2016(06)
[3]地下工程灾害水源的磁共振探测研究[J]. 林君,蒋川东,林婷婷,段清明,王应吉,尚新磊,范铁虎,孙淑琴,田宝凤,赵静,秦胜伍. 地球物理学报. 2013(11)
[4]地面磁共振测深分布式探测方法与关键技术[J]. 林婷婷,蒋川东,齐鑫,史文龙,段清明,林君. 地球物理学报. 2013(11)
[5]核磁共振地下水探测全波收录系统[J]. 林婷婷,史文龙,齐鑫,林君. 吉林大学学报(工学版). 2014(04)
[6]核磁共振坑道水探测中的激发场研究[J]. 王应吉,赵越,林君,孙淑琴,蒋川东. 地球物理学进展. 2013(01)
[7]复杂条件下地下水磁共振探测与灾害水源探查研究进展[J]. 林君,蒋川东,段清明,王应吉,秦胜伍,林婷婷. 吉林大学学报(地球科学版). 2012(05)
[8]基于参考线圈和变步长自适应的磁共振信号噪声压制方法[J]. 田宝凤,林君,段清明,蒋川东. 地球物理学报. 2012(07)
[9]基于快速傅里叶方法的地震前兆振幅谱分析[J]. 戴勇,高立新,尹战军,查斯,杨彦明. 地震地磁观测与研究. 2012 (02)
[10]压制地震勘探随机噪声的分段时频峰值滤波方法[J]. 林红波,李月,徐学纯. 地球物理学报. 2011(05)
博士论文
[1]地下工程水灾害隐患米级天线磁共振探测技术研究[D]. 易晓峰.吉林大学 2014
[2]地下水磁共振与瞬变电磁联合反演方法及探测系统研究[D]. 万玲.吉林大学 2013
[3]核磁共振2D/3D地下水成像方法及其阵列式地面探测系统研究[D]. 蒋川东.吉林大学 2013
[4]TEM-MRS联用地下水探测关键技术研究[D]. 尚新磊.吉林大学 2010
[5]时频峰值滤波随机噪声消减技术及其在地震勘探中的应用[D]. 林红波.吉林大学 2007
硕士论文
[1]基于FastICA的地面磁共振信号盲源分离方法研究[D]. 张思远.吉林大学 2017
[2]阵列式宽带核磁共振全波采集系统的研制[D]. 曲永星.吉林大学 2015
[3]核磁共振地下水探测系统数据处理软件的设计与应用[D]. 蒋川东.吉林大学 2009
[4]基于时频峰值滤波的勘探地震资料消噪方法的研究[D]. 吴宁.吉林大学 2007
本文编号：3651225
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