本文關(guān)鍵詞：地面磁共振早期信號(hào)檢測(cè)及頻域分段噪聲消減方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，城市地下水資源的供需矛盾日益尖銳，在城區(qū)周邊尋找地下水的需求十分迫切，地面磁共振探測(cè)方法（Magnetic ResonanceSounding, MRS）以其對(duì)地下含水體的位置、含水量、賦存狀態(tài)等信息進(jìn)行直接探測(cè)的優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)的地下水勘探領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。由于受到城市周邊區(qū)域噪聲水平高的影響，目前已有的地面磁共振探測(cè)儀器獲取的信號(hào)信噪比低，反演解釋結(jié)果可靠性差，因此開(kāi)展強(qiáng)噪聲背景下實(shí)現(xiàn)MRS信號(hào)的有效獲取和地下水分布的有效反演是地面磁共振探測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域的迫切需求。本文針對(duì)上述技術(shù)難題，從MRS信號(hào)參數(shù)提取誤差分析，采集系統(tǒng)延遲關(guān)鍵參數(shù)匹配，頻域分段消噪策略，室內(nèi)模擬試驗(yàn)驗(yàn)證方法及強(qiáng)噪聲環(huán)境下實(shí)測(cè)消噪等方面開(kāi)展工作，主要的研究工作及成果如下： 1.針對(duì)地面磁共振地下水探測(cè)方法建立正演模型，研究了磁共振激發(fā)場(chǎng)分解方法，建立了理想目標(biāo)水體模型，針對(duì)不同的含水構(gòu)造埋深、含水量大小、巖性進(jìn)行了MRS信號(hào)響應(yīng)仿真計(jì)算，分析探討了信號(hào)提取關(guān)鍵參數(shù)代表的含水構(gòu)造水文地質(zhì)信息，為地面磁共振探測(cè)地下水提供理論基礎(chǔ)。 2.針對(duì)地面磁共振探測(cè)的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，圍繞磁場(chǎng)均勻性、含水構(gòu)造圍巖電性、噪聲水平分別建立正演模型，計(jì)算了磁共振早期信號(hào)缺失對(duì)信號(hào)幅度水平及初始振幅擬合誤差的影響。針對(duì)含水體賦存狀態(tài)模型進(jìn)行反演解釋?zhuān)治鲈缙谛盘?hào)缺失對(duì)平均弛豫時(shí)間及水層分辨率的影響，得到獲取磁共振早期信號(hào)可以提高信噪比及增強(qiáng)反演結(jié)果可靠性的結(jié)論。 3.針對(duì)磁共振采集系統(tǒng)延遲時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，圍繞同一線圈與分離線圈探測(cè)模式仿真了激發(fā)場(chǎng)能量的衰減規(guī)律，計(jì)算了采集系統(tǒng)內(nèi)部的震蕩響應(yīng)，結(jié)合磁共振野外實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)分析了分離線圈探測(cè)時(shí)采集線圈對(duì)激發(fā)電流的抑制效應(yīng)，提出了基于Q值切換的采集控制方法，縮短采集系統(tǒng)的延遲時(shí)間至5ms。 4.針對(duì)磁共振早期信號(hào)檢測(cè)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)與野外驗(yàn)證，采集信號(hào)的信噪比平均提高比例達(dá)到53.87%（3.74dB），包含早期信號(hào)的數(shù)據(jù)解釋結(jié)果與鉆井資料的一致性更高，反演結(jié)果確定了小孔隙含水層信息。 5.針對(duì)磁共振地下水探測(cè)的強(qiáng)環(huán)境噪聲抑制問(wèn)題，討論了磁共振信號(hào)面臨的主要噪聲干擾類(lèi)型，推出了基于參考噪聲的傳遞系數(shù)矩陣分段計(jì)算表達(dá)式。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用環(huán)境建立了不同噪聲復(fù)雜程度的干擾模型，總結(jié)了消噪后殘余噪聲水平與隨分段個(gè)數(shù)的變化規(guī)律。針對(duì)Larmor頻率附近頻點(diǎn)干擾問(wèn)題，提出將多參考通道數(shù)據(jù)一并納入計(jì)算，有效去除了距離目標(biāo)頻率5Hz以外的噪聲干擾。 6.進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室及城區(qū)內(nèi)的環(huán)境噪聲消減試驗(yàn)，驗(yàn)證了頻域分段\噪聲消減方法的有效性，實(shí)測(cè)的噪聲水平下降16.52-28.07dB。開(kāi)展了加入磁共振信號(hào)的參考消噪試驗(yàn)，噪聲水平經(jīng)處理后衰減10.47-16.05dB，單一頻點(diǎn)的噪聲水平最大衰減45.59dB。消噪后提取了有效的磁共振全波信號(hào)，驗(yàn)證了該消噪方法對(duì)MRS信號(hào)的還原效果。 本文取得的創(chuàng)新性研究成果主要包括以下幾點(diǎn)： 1.建立了磁共振早期信號(hào)缺失時(shí)數(shù)據(jù)處理誤差分析模型，仿真了不同含水層深度、含水量大小、含水構(gòu)造巖性的磁共振響應(yīng)信號(hào)，總結(jié)了激發(fā)時(shí)間、數(shù)字濾波器帶寬對(duì)磁共振信號(hào)衰減形態(tài)的影響。結(jié)合磁場(chǎng)均勻性、圍巖電性、噪聲水平等關(guān)鍵因素，推算了缺失早期信號(hào)的磁共振初始振幅擬合誤差。針對(duì)含水構(gòu)造賦存狀態(tài)建立了精確的正演模型，分析了解釋結(jié)果對(duì)含水體信息的還原程度，確定了MRS早期信號(hào)對(duì)反演精確性的影響。 2.針對(duì)磁共振儀器采集系統(tǒng)的能量衰減局限，仿真分析了多種線圈模型中的能量傳遞特性，研究了由激發(fā)場(chǎng)能量導(dǎo)致的采集系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提出了基于Q值切換的采集控制方法，，通過(guò)對(duì)切換模塊的震蕩抑制使野外試驗(yàn)時(shí)的早期信號(hào)采集起始時(shí)間提前至5ms，信噪比提高53.87%（3.74dB），實(shí)測(cè)結(jié)果經(jīng)反演解釋給出了與鉆井資料一致性更好的含水體位置與孔隙度參數(shù)，為精確獲取含水體信息提供了有效保障。 3.針對(duì)磁共振地下水探測(cè)信號(hào)被強(qiáng)背景噪聲湮沒(méi)的問(wèn)題，提出了基于參考噪聲的頻域傳遞系數(shù)矩陣計(jì)算方法。對(duì)噪聲復(fù)雜程度不同的仿真模型進(jìn)行消噪計(jì)算，通過(guò)研究殘余噪聲水平確定了分段計(jì)算最優(yōu)參數(shù)。針對(duì)Larmor頻點(diǎn)附近噪聲干擾問(wèn)題，提出采用多參考通道數(shù)據(jù)的傳遞系數(shù)矩陣計(jì)算方法，有效壓制了距目標(biāo)頻率5Hz以外的噪聲干擾。應(yīng)用該方法對(duì)實(shí)驗(yàn)室及城區(qū)內(nèi)環(huán)境噪聲進(jìn)行消噪計(jì)算，噪聲水平衰減16.52-28.07dB，對(duì)含有磁共振信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行消噪計(jì)算，噪聲水平衰減10.47-16.05dB，對(duì)能量較強(qiáng)的單一頻點(diǎn)噪聲干擾衰減45.59dB，為強(qiáng)干擾環(huán)境下的磁共振探測(cè)奠定基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：地面磁共振 地下水 早期信號(hào) 信噪比 參考消噪
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：P641.72
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-20
• 第1章 緒論20-34
• 1.1 研究背景20-26
• 1.1.1 水資源現(xiàn)狀20-21
• 1.1.2 傳統(tǒng)地球物理地下水探測(cè)方法21-22
• 1.1.3 磁共振方法的優(yōu)勢(shì)22-23
• 1.1.4 地面磁共振儀器的發(fā)展歷史23-26
• 1.2 本文的研究目的與意義26-27
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀27-31
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)安排31-34
• 第2章 地面磁共振地下水探測(cè)原理及信號(hào)仿真分析34-72
• 2.1 地面磁共振地下水探測(cè)原理34-44
• 2.1.1 地面磁共振正演計(jì)算34-41
• 2.1.2 地面磁共振響應(yīng)信號(hào)41-44
• 2.2 地面磁共振信號(hào)數(shù)值計(jì)算44-53
• 2.2.1 目標(biāo)水體的磁共振信號(hào)仿真44-48
• 2.2.2 磁共振信號(hào)衰減特性分析48-53
• 2.3 采集延遲對(duì)磁共振響應(yīng)的影響53-70
• 2.3.1 非均勻磁場(chǎng)環(huán)境模型53-58
• 2.3.2 含水體圍巖電性模型58-62
• 2.3.3 強(qiáng)背景噪聲模型62-66
• 2.3.4 含水體賦存狀態(tài)模型66-70
• 2.4 本章小結(jié)70-72
• 第3章 磁共振早期信號(hào)檢測(cè)方法研究72-90
• 3.1 采集系統(tǒng)的延遲效應(yīng)72-82
• 3.1.1 激發(fā)場(chǎng)能量衰減仿真72-76
• 3.1.2 繼電器響應(yīng)時(shí)間仿真76-79
• 3.1.3 放大器動(dòng)態(tài)響應(yīng)仿真79-82
• 3.2 磁共振早期信號(hào)采集控制方法82-88
• 3.2.1 接收回路的品質(zhì)因數(shù)82-85
• 3.2.2 繼電器控制策略85-86
• 3.2.3 分離線圈探測(cè)控制方法86-88
• 3.3 本章小結(jié)88-90
• 第4章 磁共振早期信號(hào)檢測(cè)試驗(yàn)研究90-102
• 4.1 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試90-93
• 4.1.1 激發(fā)場(chǎng)能量衰減特性測(cè)試90-91
• 4.1.2 繼電器響應(yīng)時(shí)間測(cè)試91-92
• 4.1.3 放大器動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試92-93
• 4.2 野外試驗(yàn)93-100
• 4.2.1 試驗(yàn)環(huán)境水文地質(zhì)條件93-94
• 4.2.2 試驗(yàn)實(shí)施與結(jié)果分析94-100
• 4.3 本章小結(jié)100-102
• 第5章 磁共振頻域分段噪聲消減方法研究102-126
• 5.1 磁共振信號(hào)頻域分段特征分析方法102-116
• 5.1.1 磁共振信號(hào)的噪聲成分102-103
• 5.1.2 頻域傳遞系數(shù)矩陣的分段計(jì)算方法103-107
• 5.1.3 單參考通道消噪方法仿真107-111
• 5.1.4 多參考通道消噪方法仿真111-116
• 5.2 磁共振全波數(shù)據(jù)處理軟件的設(shè)計(jì)116-124
• 5.2.1 磁共振全波數(shù)據(jù)處理輔助方法116-121
• 5.2.2 數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計(jì)121-124
• 5.3 本章小結(jié)124-126
• 第6章 磁共振頻域分段參考消噪試驗(yàn)研究126-144
• 6.1 環(huán)境噪聲消減試驗(yàn)126-133
• 6.1.1 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)噪聲消減試驗(yàn)126-129
• 6.1.2 城區(qū)環(huán)境噪聲消減試驗(yàn)129-133
• 6.2 加入磁共振信號(hào)的消噪試驗(yàn)133-143
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)加入磁共振信號(hào)消噪試驗(yàn)133-135
• 6.2.2 城區(qū)環(huán)境加入磁共振信號(hào)消噪試驗(yàn)135-143
• 6.3 本章小結(jié)143-144
• 第7章 全文總結(jié)144-148
• 7.1 本文的主要工作和研究成果144-145
• 7.2 本文的創(chuàng)新點(diǎn)145-146
• 7.3 后續(xù)工作展望146-148
• 參考文獻(xiàn)148-156
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果156-157
• 致謝157

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 林君;;核磁共振找水技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2010年02期

2 傅良魁;體極化介質(zhì)激發(fā)極化法理論研究[J];地球物理學(xué)報(bào);1987年01期

3 翁愛(ài)華,李舟波,王雪秋;層狀導(dǎo)電介質(zhì)中地面核磁共振響應(yīng)特征理論研究[J];地球物理學(xué)報(bào);2004年01期

4 蔣川東;林君;段清明;田寶鳳;郝薈萃;;二維陣列線圈核磁共振地下水探測(cè)理論研究[J];地球物理學(xué)報(bào);2011年11期

5 孫淑琴;林君;王應(yīng)吉;;中心頻率可調(diào)節(jié)的低頻帶通濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào);2006年06期

6 田寶鳳;林君;段清明;蔣川東;;基于參考線圈和變步長(zhǎng)自適應(yīng)的磁共振信號(hào)噪聲壓制方法[J];地球物理學(xué)報(bào);2012年07期

7 易曉峰;李鵬飛;林君;段清明;蔣川東;李同;;基于多匝環(huán)形線圈的核磁共振信號(hào)響應(yīng)計(jì)算與試驗(yàn)研究[J];地球物理學(xué)報(bào);2013年07期

8 林君;蔣川東;林婷婷;段清明;王應(yīng)吉;尚新磊;范鐵虎;孫淑琴;田寶鳳;趙靜;秦勝伍;;地下工程災(zāi)害水源的磁共振探測(cè)研究[J];地球物理學(xué)報(bào);2013年11期

9 林婷婷;蔣川東;齊鑫;史文龍;段清明;林君;;地面磁共振測(cè)深分布式探測(cè)方法與關(guān)鍵技術(shù)[J];地球物理學(xué)報(bào);2013年11期

10 萬(wàn)玲;林婷婷;林君;蔣川東;嵇艷鞠;;基于自適應(yīng)遺傳算法的MRS-TEM聯(lián)合反演方法研究[J];地球物理學(xué)報(bào);2013年11期

  本文關(guān)鍵詞：地面磁共振早期信號(hào)檢測(cè)及頻域分段噪聲消減方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：318988