本文關(guān)鍵詞：基于EMD的磁共振探測(cè)信號(hào)噪聲抑制方法研究

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【摘要】：核磁共振地下水探測(cè)(Magnetic Resonance Sounding，MRS)技術(shù)近年來(lái)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(diǎn)，它是目前唯一一種直接探測(cè)地下水的地球物理方法。該方法通過(guò)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(jí)躍遷，然后再用接收線圈接收核外電子由高能級(jí)向低能級(jí)回遷時(shí)釋放的能量，從而獲取信號(hào)，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(shì)，使得其在地下水勘查、堤壩滲漏、滑坡穩(wěn)定性檢測(cè)以及隧道/礦井突水等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。 但核磁共振信號(hào)極其微弱，數(shù)量級(jí)為納伏級(jí)，從而導(dǎo)致儀器在實(shí)際應(yīng)用中極易受到外界環(huán)境噪聲中隨機(jī)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(hào)數(shù)據(jù)中提取到的特征參數(shù)不準(zhǔn)確，影響后續(xù)反演解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性。因而，如何有效的抑制磁共振信號(hào)中的噪聲干擾并提高信噪比就顯得至關(guān)重要。 針對(duì)這一難題，本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于磁共振信號(hào)各種消噪方法的基礎(chǔ)上，并通過(guò)對(duì)包絡(luò)FID信號(hào)以及全波MRS信號(hào)的數(shù)據(jù)特征分析，確定以全波磁共振信號(hào)作為處理對(duì)象。經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）具有不同于傳統(tǒng)的短時(shí)傅里葉變換、小波變換等分析工具需要預(yù)先選定基函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解的特性，它作為一種新型的信號(hào)時(shí)頻處理方法，可以在沒(méi)有輸入信號(hào)任何先驗(yàn)知識(shí)的情況下，，自適應(yīng)地將信號(hào)分解成若干個(gè)固有模態(tài)函數(shù)（Intrinsic ModeFunctions，IMF），實(shí)現(xiàn)信號(hào)趨勢(shì)的有效提取。因此，本文提出基于EMD理論的相應(yīng)消噪策略，同時(shí)利用仿真數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)這些消噪方法的可靠性和有效性進(jìn)行驗(yàn)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(hào)波形以及信噪比提高程度兩個(gè)方面，對(duì)SD停止條件以及基于幅值比的Rilling停止條件進(jìn)行對(duì)比分析，確定了Rilling停止條件更適合于對(duì)MRS信號(hào)開(kāi)展EMD處理。 其次，針對(duì)MRS信號(hào)中脈沖噪聲具有頻譜范圍寬，信號(hào)瞬時(shí)幅值大，偶爾發(fā)生等特征，基于EMD方法對(duì)其進(jìn)行處理會(huì)導(dǎo)致模態(tài)混疊問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)信號(hào)和噪聲的有效分離。因而，針對(duì)全波信號(hào)中的脈沖噪聲，本文提出非線性能量算子（Nonlinear energy operator，NEO）檢測(cè)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(lái)而被消除。隨機(jī)噪聲的自相關(guān)函數(shù)在零點(diǎn)處具有最大幅值，并且隨著時(shí)延的增加趨近于零，同時(shí)工頻諧波的自相關(guān)函數(shù)仍然具有相同的周期特性。基于隨機(jī)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(hào)與噪聲的評(píng)判準(zhǔn)則，進(jìn)行信號(hào)的重構(gòu)。為了獲得更加有效的MRS趨勢(shì)項(xiàng)提取效果，小波閾值策略也被采用。 最后，進(jìn)行了實(shí)測(cè)信號(hào)的消噪處理實(shí)驗(yàn)，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(hào)的噪聲成分，實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)項(xiàng)的有效提取，平均信噪比可提高14dB，并且通過(guò)與傳統(tǒng)濾波器，經(jīng)典小波變換消噪算法的對(duì)比分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了所提方法的優(yōu)越性和有效性。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH763.1;TN911.4

【參考文獻(xiàn)】

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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本文編號(hào)：1274391