本文關(guān)鍵詞：基于EMD的磁共振探測信號噪聲抑制方法研究

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【摘要】：核磁共振地下水探測(Magnetic Resonance Sounding，MRS)技術(shù)近年來發(fā)展迅速，與傳統(tǒng)的地球物理勘探技術(shù)相比，具有高分辨率、高效率、低成本、信息量豐富等優(yōu)點，它是目前唯一一種直接探測地下水的地球物理方法。該方法通過發(fā)射線圈向地下水激發(fā)能量，使地下水中的氫質(zhì)子核外電子發(fā)生能級躍遷，然后再用接收線圈接收核外電子由高能級向低能級回遷時釋放的能量，從而獲取信號，反演解釋得到地下水的相關(guān)信息。鑒于MRS方法的上述優(yōu)勢，使得其在地下水勘查、堤壩滲漏、滑坡穩(wěn)定性檢測以及隧道/礦井突水等領域獲得了廣泛應用。 但核磁共振信號極其微弱，數(shù)量級為納伏級，從而導致儀器在實際應用中極易受到外界環(huán)境噪聲中隨機噪聲、工頻諧波、偶發(fā)脈沖噪聲等的干擾，以致于從采集回的信號數(shù)據(jù)中提取到的特征參數(shù)不準確，影響后續(xù)反演解釋結(jié)果的準確性。因而，如何有效的抑制磁共振信號中的噪聲干擾并提高信噪比就顯得至關(guān)重要。 針對這一難題，本文在總結(jié)國內(nèi)外關(guān)于磁共振信號各種消噪方法的基礎上，并通過對包絡FID信號以及全波MRS信號的數(shù)據(jù)特征分析，確定以全波磁共振信號作為處理對象。經(jīng)驗模態(tài)分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）具有不同于傳統(tǒng)的短時傅里葉變換、小波變換等分析工具需要預先選定基函數(shù)對信號進行分解的特性，它作為一種新型的信號時頻處理方法，可以在沒有輸入信號任何先驗知識的情況下，，自適應地將信號分解成若干個固有模態(tài)函數(shù)（Intrinsic ModeFunctions，IMF），實現(xiàn)信號趨勢的有效提取。因此，本文提出基于EMD理論的相應消噪策略，同時利用仿真數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)對這些消噪方法的可靠性和有效性進行驗證。 首先，篩分截止條件的選擇是影響EMD分解效果的重要因素，從重構(gòu)信號波形以及信噪比提高程度兩個方面，對SD停止條件以及基于幅值比的Rilling停止條件進行對比分析，確定了Rilling停止條件更適合于對MRS信號開展EMD處理。 其次，針對MRS信號中脈沖噪聲具有頻譜范圍寬，信號瞬時幅值大，偶爾發(fā)生等特征，基于EMD方法對其進行處理會導致模態(tài)混疊問題，難以實現(xiàn)信號和噪聲的有效分離。因而，針對全波信號中的脈沖噪聲，本文提出非線性能量算子（Nonlinear energy operator，NEO）檢測算法。此方法不僅能輕易去除大脈沖噪聲，而且可以使小脈沖噪聲凸顯出來而被消除。隨機噪聲的自相關(guān)函數(shù)在零點處具有最大幅值，并且隨著時延的增加趨近于零，同時工頻諧波的自相關(guān)函數(shù)仍然具有相同的周期特性�；陔S機噪聲和工頻諧波的自相關(guān)特征，提出了基于EMD與自相關(guān)相結(jié)合的消噪算法，以EMD分解后各IMF子帶的自相關(guān)函數(shù)特征作為判斷信號與噪聲的評判準則，進行信號的重構(gòu)。為了獲得更加有效的MRS趨勢項提取效果，小波閾值策略也被采用。 最后，進行了實測信號的消噪處理實驗，結(jié)果表明所提出的基于EMD與自相關(guān)小波閾值消噪算法可以很好的濾除全波MRS信號的噪聲成分，實現(xiàn)趨勢項的有效提取，平均信噪比可提高14dB，并且通過與傳統(tǒng)濾波器，經(jīng)典小波變換消噪算法的對比分析，進一步驗證了所提方法的優(yōu)越性和有效性。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH763.1;TN911.4

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本文編號：1274391