本文關(guān)鍵詞：基于ICA的全波MRS信號消噪方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水資源日益匱乏成為了當(dāng)今世界面臨的嚴(yán)峻問題之一,而如何有效地探測到可利用的地下水資源亦成為了目前人們關(guān)注的熱點(diǎn)。核磁共振測深(Magnetic Resonance Sounding,MRS)作為目前最有效的直接的地球物理水體探測技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于地下水勘探中。MRS探測技術(shù)主要是通過探測人工施加的磁場激發(fā)水中氫質(zhì)子共振躍遷產(chǎn)生的共振信號來獲取地層含水體信息,是一種高效的、能夠獲得豐富信息量的探測技術(shù)。然而,經(jīng)核磁共振探測技術(shù)采集到的MRS信號極其微弱,屬于納伏級的信號,非常容易受到如工頻諧波干擾或某一固定頻率的單頻干擾、奇異噪聲、隨機(jī)白噪聲等環(huán)境噪聲的影響,導(dǎo)致有用信號完全淹沒在噪聲中,無法實(shí)現(xiàn)有效MRS信號的提取,進(jìn)而影響后續(xù)的反演解釋。因而,如何從被環(huán)境噪聲淹沒的信號中提取到有用信號進(jìn)而實(shí)現(xiàn)特征參數(shù)的準(zhǔn)確獲取成為了目前核磁共振消噪領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。獨(dú)立成分分析(independent component analysis,ICA)是一種有效的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)手段,可在信號和噪聲的混合機(jī)制均未知的情況下,實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立的源信號的分離。鑒于ICA的這一優(yōu)勢,使得該方法在語音信號分離、醫(yī)學(xué)信號處理、圖像處理等眾多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。本文在查閱大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,通過采用峭度值分析了全波MRS信號及常見環(huán)境噪聲的高斯性,確定了適用于分離含噪全波MRS信號的非線性函數(shù),開展了基于快速固定點(diǎn)算法(Fast ICA)的全波MRS信號噪聲抑制方法研究。首先,針對單通道MRS數(shù)據(jù),提出了利用數(shù)字正交法構(gòu)造輸入通道數(shù)據(jù)作為觀測信號,解決了ICA中常見的欠定盲源分離問題;提出了頻譜校正法以及前綴參考法進(jìn)行解混MRS信號的幅值恢復(fù),解決了ICA解混后的幅值不定問題;通過與傳統(tǒng)濾波器進(jìn)行對比分析,結(jié)果表明本文算法信噪比提升29 dB左右,優(yōu)于經(jīng)典濾波器。其次,針對多通道MRS數(shù)據(jù),直接采用Fast ICA算法時出現(xiàn)了MRS信號與白噪聲未完全分離的含混問題,在此,提出增加采集信號時長的方式解決了這一難題,并將處理結(jié)果與自適應(yīng)濾波算法進(jìn)行了對比,結(jié)果表明ICA消噪方法不論在濾波后信號形態(tài)還是信噪比提升(約50 dB)方面都具有更好的效果。再次,采用線性和非線性兩種方式擬合包絡(luò)曲線并提取了分離MRS信號的初始振幅和弛豫時間,計(jì)算了相對誤差,并對比了在不同情況下采用兩種數(shù)據(jù)擬合方式提取的特征參數(shù)的誤差,確定了非線性擬合更適合用于提取MRS信號特征參數(shù)。最后,分別開展了實(shí)驗(yàn)室和野外實(shí)測數(shù)據(jù)處理,結(jié)果顯示本文算法能夠有效地去除環(huán)境噪聲,驗(yàn)證了所提算法的有效性和實(shí)用性。
【關(guān)鍵詞】：核磁共振測深 獨(dú)立成分分析 非線性函數(shù) 環(huán)境噪聲 信噪比
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P641.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述12-14
• 1.2.1 國外研究進(jìn)展12-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究進(jìn)展13-14
• 1.3 本文研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排14-17
• 1.3.1 論文研究內(nèi)容14-15
• 1.3.2 論文結(jié)構(gòu)安排15-17
• 第2章 MRS探測信號及其特征參數(shù)17-21
• 2.1 MRS探測原理17-18
• 2.2 MRS信號主要特征參數(shù)18-19
• 2.3 MRS信號及其易感環(huán)境噪聲19-20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 第3章 ICA原理及其算法概述21-37
• 3.1 獨(dú)立成分分析概述21-24
• 3.1.1 ICA的應(yīng)用條件23
• 3.1.2 ICA應(yīng)用存在的問題23-24
• 3.2 獨(dú)立性判定24-29
• 3.2.1 獨(dú)立性概念24
• 3.2.2 獨(dú)立性判定依據(jù)及其相應(yīng)算法24-29
• 3.3 基于ICA的快速固定點(diǎn)算法及其非線性函數(shù)選擇29-36
• 3.3.1 數(shù)據(jù)的預(yù)處理29-30
• 3.3.2 基于ICA的快速固定點(diǎn)算法30-33
• 3.3.3 非線性函數(shù)選擇33-35
• 3.3.4 基于FastICA算法的MRS信號噪聲抑制步驟35-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第4章 基于ICA的全波MRS信號消噪方法37-51
• 4.1 單通道全波MRS數(shù)據(jù)消噪37-45
• 4.1.1 基于數(shù)字正交的輸入矩陣的構(gòu)造37-38
• 4.1.2 算法仿真實(shí)驗(yàn)38-40
• 4.1.3 幅值恢復(fù)方法40-43
• 4.1.4 與其他經(jīng)典濾波法對比43-45
• 4.2 多通道MRS信號噪聲濾除45-49
• 4.2.1 多通道含噪模型的建立和算法仿真45-47
• 4.2.2 通過改變采樣時長解決含混問題47-49
• 4.2.3 與多通道自適應(yīng)濾波算法的對比49
• 4.3 本章小結(jié)49-51
• 第5章 MRS信號參數(shù)提取方法51-56
• 5.1 MRS信號包絡(luò)提取51-52
• 5.1.1 希爾伯特變換51-52
• 5.1.2 全波MRS信號包絡(luò)提取52
• 5.2 兩種數(shù)據(jù)擬合方式提取特征參數(shù)52-55
• 5.3 本章小結(jié)55-56
• 第6章 實(shí)測MRS信號處理56-64
• 6.1 實(shí)測單通道MRS信號噪聲濾除56-57
• 6.2 實(shí)測多通道MRS信號消噪57-63
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)室模擬測試57-60
• 6.2.2 野外實(shí)測數(shù)據(jù)消噪60-63
• 6.3 本章小結(jié)63-64
• 第7章 總結(jié)與展望64-66
• 7.1 全文總結(jié)64-65
• 7.2 后續(xù)研究建議65-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 作者簡介及科研成果71-72
• 致謝72

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 田寶鳳;周媛媛;王悅;李振宇;易曉峰;;基于獨(dú)立成分分析的全波核磁共振信號噪聲濾除方法研究[J];物理學(xué)報(bào);2015年22期

2 陳越;呂善翔;王夢蛟;馮久超;;一種基于人工蜂群算法的混沌信號盲分離方法[J];物理學(xué)報(bào);2015年09期

3 楊劍;陳書q

本文編號：367048