大地电磁强噪声分离方法探究 |
本文剖析了大地电磁强噪声烦扰的类型及特点，采取数学状况滤波对大地电磁典范强噪声烦扰进行了去噪研究，在Matlab环境下进行了仿实在验并对仿真结果进行了剖析跟评估。
大地电磁测深法自20世纪50年代提出以来，以野外施工简便、垂向辨别才干跟水平辨别才干大、探测深度高等优点，在探测地壳深部结构方面得到普遍利用，已逐步成为地下水勘察、地震预报、油气普查、矿产资源勘查等范畴不可或缺的重要方法之一。然而，随着人类社会的发展，各种庞杂的环境噪声及人文噪声对大地电磁信号的有效采集带来严格挑衅，导致在这些强噪声烦扰源地区发展大地电磁测深面临宏大艰苦。因此，对大地电磁强噪声烦扰的类型及特点进行剖析，以及研究适合的强噪声烦扰压抑方法，对改良大地电磁测深数据品质及获得无偏的阻抗估计存在十分重要的意思。
1 大地电磁强噪声烦扰类型及特点
大地电磁强噪声烦扰可分为工频噪声烦扰、地质噪声烦扰跟其余外界、观测体系不牢固造成的噪声烦扰。
工频噪声烦扰基本上产生于测点四周的人工电磁体系与环境特点，即由观测点邻近不牢固的非平面波的电磁场噪声，比方无线电台、高压输电线、产业游散电流等造成。特别是在人口浓密的产业发达区，这种烦扰普遍存在，影响十分重大。地质噪声指的是近地表电性不均匀体的一种烦扰，该类噪声影响全频域资料的数据，重大时会造成静态效应，并对大地电磁数据的说明带来很大艰苦，同时也会给采集大地电磁原始资料造成不必要的影响。
对局部实测大地电磁资料进行观测可知，在高频（>1 Hz）跟低频（<1 Hz）段均会受到强噪声烦扰，特别是低频段的噪声烦扰尤为重大。这些噪声的能量往往是畸形信号的多少十倍甚至多少个数量级，通常会造成视电阻率曲线局部频段整体回升，幅度濒临或超过45°，视电阻率值由多少十欧姆米疾速回升至多少万、多少十万欧姆米甚至更高数值，而在超低频段视电阻率曲线往往敏捷降落，这些景象个别表示为典范的近源效应。
研究大地电磁数据的时光序列可能发明，噪声烦扰外形各异、品种繁多，无奈将其细致辨别，现仅能从大抵波形的特点进行归类，比方脉冲噪声烦扰、工频噪声烦扰、三角波噪声烦扰、方波噪声烦扰、阶跃噪声烦扰、似充放电衰减模式的三角波噪声烦扰等类型。这些噪声烦扰类型其幅值突跳明显，个别会导致电道或磁道数据的曲线整体偏移重大、信噪比重大降落。
对上述噪声烦扰的类型进行剖析可知，短周期噪声个别只烦扰高频数据，而长周期噪声则烦扰范畴极广，噪声波形的幅度往往会影响到中、高频段的数据，其宽度会影响到低频段的数据，但个别是以中、低频段的烦扰最为强烈，这些强噪声烦扰极大地降落了野外大地电磁观测数据的品质。
2 数学状况滤波
数学状况学是20世纪60年代崛起的基于随机聚集论树破起来的一种非线性数学剖析方法。膨胀跟腐化是数学状况学最基本的操作，在实际利用中更多的往往是它们的组合运算，比方开运算（先腐化后膨胀）跟闭运算（先膨胀后腐化）。结构元素则相称于滤波器的窗口依据目标信号中的外形特点来抉择不同的结构元素类型，常见的结构元素类型有直线型、圆盘型、三角形、抛物线型以及其余多边形组合。个别而言，一种结构元素对某一类噪声烦扰存在较好的滤波后果。而且，结构元素的组合情势越庞杂，对噪声烦扰的分别后果就越好，同时，算法消耗的时光也就越多。采取结构元素、开运算跟闭运算就可能组合成状况滤波器，Maragos采取同一类型及大小的结构元素，将开运算跟闭运算已不同的顺序进行了级联组合，构建了经典的状况开-闭跟状况闭-开滤波器，分辨用来滤除目标信号中的正、负脉冲噪声烦扰。不同的状况学算法的组合将产生不同的后果，数学状况滤波的上风就在于，不须要考虑噪声的类型，只有抉择与目标信号相匹配的结构元素，设计出适合的滤波器，就能较好地还原出目标信号的原始特点，且运算速度很快。对实际丈量的电磁场时光序列进行剖析可知，因为大地电磁信号是无源的，因此咱们无奈判断哪些是污浊的大地电磁信号，但从采集的大地电磁时光域波形上却可能基本认定哪些不是有效的大地电磁信号。只有能设计出适合的状况滤波器，将这些判断不合乎大地电磁场特点的异样信号提取出来，并从原始信号中进行剔除，就可能分别出基本污浊的大地电磁信号，然落伍行阻抗估算，即可求出该测点的视电阻率值跟相位值。
3 盘算机仿真与剖析
为了进一步验证状况滤波在大地电磁强噪声烦扰中的去噪后果，咱们选取实测信号中有典范烦扰的信号在Matlab环境下进行了仿实在验。
实测大地电磁电道数据中包含有大标准的方波噪声烦扰，这些方波噪声烦扰的幅值最大达到10000，而有用的大地电磁信号幅值十分幽微，即强噪声烦扰的能量幅值弘远于畸形大地电磁有用信号。含强噪声烦扰的实测大地电磁信号通过设计的状况滤波器进行状况滤波处理，从仿真后果图可知，上述含大标准的方波噪声烦扰多少乎被完全滤除，畸形的大地电磁有用信号得到了很好地体现。因此，实验结果表明，选取适合的结构元素构建数学状况滤波器，可能有效地滤除实测大地电磁信号中含大标准、能量幅值高的强噪声烦扰，从而有效改良大地电磁数据的品质，晋升数据资料的品德。在包含有类似噪声烦扰的地区发展大地电磁测深工作，该方法存在十分辽阔的利用价值。
4 结语
本文介绍了大地电磁强噪声烦扰类型的特点及数学状况滤波在该范畴中的去噪方法，进行了仿实在验，仿真结果表明：该方法对包含有大标准且存在典范状况特点的强噪声烦扰存在一定的噪声克制才干。因为野外大地电磁测深工作面临的噪声源烦扰众多，导致大地电磁强噪声烦扰的类型庞杂多样，在强噪声烦扰背景下，研究如何提取出含幽微的大地电磁有用信号仍有很多工作有待完美。
噪声检测
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