基于高阶累积量的MRS信号噪声滤除方法研究

发布时间：2020-09-15 13:21

　　 地下水是人类赖以生存的必要因素之一,对地下水进行探测和评价对于科学掌握地下水的时空分布规律,保障水资源可持续利用发展具有重要意义。核磁共振测深(Magnetic Resonance Sounding,MRS)作为一种直接定量探测地下水的地球物理方法,近年来取得了前所未有的快速发展。到目前为止,包括法国、美国、中国等多个国家在内的世界各国纷纷发起了对核磁共振地下水探测仪器研制和相关方法研究。但是,由于磁共振探水仪的接收灵敏度高,测得的全波MRS信号通常为纳伏级,非常微弱,极易受到随机噪声、工频谐波等环境噪声的干扰,从而影响有效信号特征参数的提取,导致后续反演解释的准确性降低。因此,如何选择一种直接、有效的噪声滤除方法变得至关重要。高阶累积量(Higher Order Cumulants,HOC)作为一种新兴的数理统计学方法,其包含着比功率谱更丰富的特征参数信息,使得在信号处理、系统理论和时间序列分析等方面都获得了广泛应用。本文在查阅大量文献资料的基础上,借鉴高阶累积量在其他领域成功应用的经验,提出了开展基于高阶累积量的MRS信号噪声滤除方法研究,根据不同信号的不同高阶累积量特征有针对性地研究相对应的噪声滤除方法,从而达到抑制噪声干扰的目的。首先,通过理论分析、推算和仿真等手段进行了MRS信号及其环境电磁噪声的高阶累积量特征分析,得出了随机噪声和尖峰噪声可以通过高阶累积量进行有效抑制和剔除,而对于工频谐波噪声,由于MRS信号本身具有谐波成分,无法通过高阶累积量实现对工频谐波干扰的有效去除。其次,针对含有工频谐波干扰的MRS信号,利用二次相位耦合(Quadratic Phase Coupling,QPC)特性提出了基于1(1/2)维谱的理论推算和算法仿真,结果表明1(1/2)维在保留MRS信号特征的基础上,解决了工频谐波干扰的有效滤除问题。最后,开展了基于非线性拟合算法的MRS信号恢复方法研究,通过与传统滤波算法的对比分析,验证了基于1(1/2)维谱消噪方法在提取特征参数方面具有优势,初始振幅拟合误差达到了2.72%,平均弛豫时间的拟合误差达到了4.08%。实测数据处理实验进一步验证了算法的有效性和实用性。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：P641.7

【参考文献】

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本文编号：2819016