一種去除核磁信號中尖峰噪聲的方法與流程
本發明涉及一種去除核磁信號中尖峰噪聲的方法，尤其是基于同步壓縮小波變換和自尋優非線性閾值選取算法去除核磁信號中尖峰噪聲的方法。
背景技術：
：
我國水資源總量比較豐富，居世界第六位，但人均擁有水資源量只有世界人均占有量的1/4，淡水資源形勢十分嚴峻。核磁共振地下水探測方法是當今水文地質和地球物理工作者采用的直接探測地下水的唯一有效方法。但是核磁共振信號及其微弱，而且核磁共振探測儀器在接收核磁共振響應信號的同時不可避免地接收到復雜的噪聲干擾。復雜的噪聲干擾使得核磁共振地下水探測信號基本被淹沒，嚴重阻礙磁共振信號的提取，影響后期反演解釋結果的準確性，因此核磁共振地下水探測信號消噪方法的研究意義重大。
CN104614778A公開了一種基于ICA的核磁共振地下水探測信號噪聲消除方法。通過錄入三組核磁共振響應數據，分別對這三組數據進行傅里葉變換，確定每組數據核磁共振中心頻率附近所含工頻諧波，然后構造與工頻諧波同頻率，與核磁共振相應數據同長度的正弦函數、余弦函數，并與核磁共振響應數據組成觀測信號，采用獨立分量分析算法對每組觀測信號進行分離得到解混信號，進行數據重構以消除工頻諧波的干擾，將三組去除工頻諧波的核磁共振數據作為觀測信號，再利用ICA算法處理，削弱剩余隨機噪聲干擾。該發明在消除工頻諧波噪聲干擾的同時，不會破壞信號的任何細節，不需要鋪設參考線圈，操作簡單，壓制隨機噪聲不需要大量的數據，減少處理時間，但是同樣面臨當有尖峰噪聲混入到采集的核磁共振數據時，該發明不能有效的處理尖峰噪聲使得最后的核磁數據仍然信噪比低，不能用于反演解釋。
上述發明在對核磁數據混入的一些噪聲有較好的效果，但是對尖峰噪聲的處理存在不足，尖峰噪聲由于其具有相比于核磁信號大很多的幅度不論在頻域還是時域都有很大的影響，使反演解釋無法正常進行，所以對核磁共振探測地下水過程中混入的尖峰噪聲進行去除并且對被尖峰噪聲干擾的數據進行補償是很重要的研究。
現有的核磁共振探測地下水的過程中主要受到兩個噪聲源的影響。其中一個是工頻諧波干擾，另一個是尖峰噪聲。本發明主要針對的是尖峰噪聲的去除，通過去除尖峰噪聲同時補償被尖峰噪聲所干擾的信號，提高了核磁信號的信噪比。
技術實現要素：
：
本發明的目的就在于針對上述現有技術的不足，結合同步壓縮小波變換和自尋優非線性閾值選取，提供一種基于同步壓縮小波變換和自尋優非線性閾值選取去除地面核磁共振地下水探測信號中的尖峰噪聲的方法。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
一種基于同步壓縮小波變換和自尋優非線性閾值選取去除地面核磁共振地下水探測信號中的尖峰噪聲的方法，包括以下步驟：
A、利用核磁共振找水儀采集一組MRS信號X(t)，其中含有尖峰噪聲；
B、對采集到的信號X(t)進行傅里葉變換，得到其頻譜，在時域以及頻域確定核磁信號所含尖峰噪聲；
C、利用同步壓縮小波變換，去除MRS信號中的尖峰噪聲，得到各個壓縮小波域內的壓縮小波系數；
D、將經過步驟C的MRS信號，對其用自尋優非線性閾值選取算法進行處理，剔除尖峰噪聲同時對核磁信號進行補償；
E、對步驟D處理后的MRS信號，進行壓縮小波重構，得到最終的消噪數據。
步驟C包括以下步驟：
a、采集到的MRS信號X(t)，M個采樣點，采樣率0.1ms，t為時間；
b、設定所要采用的小波母函數，設定所要劃分的壓縮小波域的長度，對所劃分的不同壓縮小波域內的核磁信號求解壓縮小波系數；
c、對信號X(t)的進行同步壓縮小波變換：
Tx(ωl,b)為同步壓縮小波系數，Wx(ai,b)為連續小波變換的小波系數，a為尺度因子，b為平移因子，ωl為中心頻率。nv為自定義的參數，決定了尺度的個數。
步驟D包括以下步驟：
I、將經過步驟C同步壓縮小波變換的MRS信號，經過自尋優算法來搜尋尖峰噪聲在信號中的位置，并且將其剔除出MRS信號，自尋優算法：
其中，表示同步壓縮小波系數，T為壓縮小波系數中的最大值，N為任意正整數；
II、運用非線性閾值選取算法對尖峰噪聲所在位置的MRS信號進行補償，確定所需非線性閾值函數：
其中，ωj,k為壓縮小波系數，為去除尖峰噪聲后獲得的新的壓縮小波系數，λ為預先設定的閾值，k為變量參數；
III、對經過自尋優算法以及非線性閾值選取算法處理后的MRS信號，進行壓縮小波重構，得到最終的去除了尖峰噪聲的MRS信號。
有益效果：本發明的方法主要是應用在核磁共振地下水探測中，同步壓縮小波變換得到核磁信號的壓縮小波系數，同時用自尋優算法剔除尖峰噪聲，利用壓縮小波系數求解選取的非線性閾值對尖峰噪聲處的信號進行了補償。解決了核磁共振地下水探測過程中的尖脈沖干擾，在去除尖峰噪聲的同時對尖峰噪聲處的核磁信號進行了補償。目前大多數去除噪聲干擾方法都是去除工頻諧波干擾而去除尖峰噪聲干擾的尚未見報道。
附圖說明：
圖1是一種去除核磁信號中尖峰噪聲的方法的流程圖；
圖2(a)是理想MRS信號；
圖2(b)是理想MRS信號頻譜；
圖3(a)是含尖峰噪聲MRS信號；
圖3(b)是含尖峰噪聲MRS信號頻譜；
圖3(c)是從含尖峰噪聲MRS信號中剔除的尖峰噪聲；
圖4(a)是經過處理后MRS信號；
圖4(b)是經過處理后MRS信號頻譜；
圖5(a)是實測MRS信號；
圖5(b)是實測MRS信號頻譜；
圖5(c)是從含尖峰噪聲的實測MRS信號中剔除的尖峰噪聲；
圖6(a)是經過處理后的實測MRS信號；
圖6(b)是經過處理后的實測MRS信號頻譜。
具體實施方式：
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明：
圖1是基于同步壓縮小波變換和自尋優非線性閾值選取去除核磁信號中尖峰噪聲的方法的工作流程圖。針對核磁共振地下水探測時會受到的尖峰噪聲干擾，通過構造理想MRS信號并在其中不同時刻加入持續時間和幅值都不同的尖峰噪聲多個，利用本發明提出的方法對其進行消噪處理得到去除尖峰噪聲后的核磁信號。
圖6(b)中拉莫爾頻率旁還有一個尖峰，這是工頻諧波2350Hz，由于本發明主要用于去除尖峰噪聲，所以工頻諧波的干擾還存在需要后續的壓制工頻諧波干擾的算法對信號進行處理。
下面是基于同步壓縮小波變換和自尋優非線性閾值選取去除核磁信號中尖峰噪聲的方法的具體步驟：
A、利用核磁共振找水儀采集一組MRS信號X(t)，其中含有尖峰噪聲；
B、對采集到的信號X(t)進行傅里葉變換，得到其頻譜，在時域以及頻域確定核磁信號所含尖峰噪聲；
C、利用同步壓縮小波變換，去除MRS信號中的尖峰噪聲，得到各個壓縮小波域內的壓縮小波系數；
D、將經過步驟C的MRS信號，對其用自尋優非線性閾值選取算法進行處理，剔除尖峰噪聲同時對核磁信號進行補償；
E、對步驟D處理后的MRS信號，進行壓縮小波重構，得到最終的消噪數據。
步驟C包括以下步驟：
a、采集到的MRS信號X(t)，M個采樣點，采樣率0.1ms，t為時間；
b、設定所要采用的小波母函數，設定所要劃分的壓縮小波域的長度，對所劃分的不同壓縮小波域內的核磁信號求解壓縮小波系數；
c、對信號X(t)的進行同步壓縮小波變換：
Tx(ωl,b)為同步壓縮小波系數，Wx(ai,b)為連續小波變換的小波系數，a為尺度因子，b為平移因子，ωl為中心頻率。nv為自定義的參數，決定了尺度的個數。
步驟D包括以下步驟：
I、將經過步驟C同步壓縮小波變換的MRS信號，經過自尋優算法來搜尋尖峰噪聲在信號中的位置，并且將其剔除出MRS信號，自尋優算法：
其中，表示同步壓縮小波系數，T為壓縮小波系數中的最大值，N為任意正整數；
II、運用非線性閾值選取算法對尖峰噪聲所在位置的MRS信號進行補償，確定所需非線性閾值函數：
其中，ωj,k為壓縮小波系數，為去除尖峰噪聲后獲得的新的壓縮小波系數，λ為預先設定的閾值，k為變量參數；
III、對經過自尋優算法以及非線性閾值選取算法處理后的MRS信號，進行壓縮小波重構，得到最終的去除了尖峰噪聲的MRS信號。
實施例：
以吉林省燒鍋鎮核磁共振地下水探測為例：根據當地的地磁場強度計算得到核磁共振的拉莫爾頻率為2326Hz，采集的信號作為本發明方法的處理對象。基于同步壓縮小波變換和自尋優非線性閾值選取去除核磁信號中尖峰噪聲的方法，包括以下步驟：
A、利用核磁共振找水儀采集一組MRS信號X(t)，其中含有尖峰噪聲；
B、對采集到的信號X(t)進行傅里葉變換，得到其頻譜，在時域以及頻域確定核磁信號所含尖峰噪聲；
C、利用同步壓縮小波變換，去除MRS信號中的尖峰噪聲，得到各個壓縮小波域內的壓縮小波系數；
D、將經過步驟C的MRS信號，對其用自尋優非線性閾值選取算法進行處理，剔除尖峰噪聲同時對核磁信號進行補償；
E、對步驟D處理后的MRS信號，進行壓縮小波重構，得到最終的消噪數據。
步驟C包括以下步驟：
a、采集到的MRS信號X(t)，M個采樣點，采樣率0.1ms，t為時間；
b、設定所要采用的小波母函數，設定所要劃分的壓縮小波域的長度，對所劃分的不同壓縮小波域內的核磁信號求解壓縮小波系數；
c、對信號X(t)的進行同步壓縮小波變換：
Tx(ωl,b)為同步壓縮小波系數，Wx(ai,b)為連續小波變換的小波系數，a為尺度因子，b為平移因子，ωl為中心頻率。nv為自定義的參數，決定了尺度的個數。
步驟D包括以下步驟：
I、將經過步驟C同步壓縮小波變換的MRS信號，經過自尋優算法來搜尋尖峰噪聲在信號中的位置，并且將其剔除出MRS信號，自尋優算法：
其中，表示同步壓縮小波系數，T為壓縮小波系數中的最大值，N為任意正整數；
II、運用非線性閾值選取算法對尖峰噪聲所在位置的MRS信號進行補償，確定所需非線性閾值函數：
其中，ωj,k為壓縮小波系數，為去除尖峰噪聲后獲得的新的壓縮小波系數，λ為預先設定的閾值，k為變量參數；
III、對經過自尋優算法以及非線性閾值選取算法處理后的MRS信號，進行壓縮小波重構，得到最終的去除了尖峰噪聲的MRS信號。
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！