[发明专利]一种大地电磁信噪辨识及分离方法

说明书

本发明提供了一种大地电磁信噪辨识及分离方法。首先，对强电磁干扰环境下采集的大地电磁信号进行等间距分段，利用优化固有时间尺度分解对每个大地电磁信号段进行自适应分解得到旋转分量，并提取旋转分量的样本熵和模糊熵。然后，将样本熵和模糊熵作为联合特征参数进行模糊C均值聚类，根据特征参数和聚类方法，把实测大地电磁序列分为有用信号以及强干扰信号两大类。最后，仅对甄辨为强干扰信号的大地电磁信号段运用小波阈值进行噪声压制处理，叠加得到重构后的大地电磁信号。本发明可靠性高。

技术领域

本发明属于大地电磁信号处理技术领域，特别是指一种大地电磁信噪辨识及分离方法。

背景技术

大地电磁测深法是一项重要的电磁勘探技术，其中以天然交变电磁场为场源，通过测量地表相互正交的电场和磁场来采集大地电磁数据。由于天然电磁场信号弱、频带宽，野外采集的数据不可避免地会受到各种噪声的干扰。尤其是在矿集区，人烟稠密、无线通讯基站等因素严重制约了大地电磁数据质量，导致视电阻率-相位曲线过度失真，极大地影响了地下电性结构的可解释性及采集数据本身的可靠性。

近年来，新兴的现代信号处理技术，如Hilbert-Huang变换、信息熵与有理函数滤波、方差比维纳滤波、S变换、数学形态滤波、同步时间序列依赖、信号子空间增强、小波变换及综合算法、信噪辨识与递归分析等均被应用至该领域，试图从不同程度污染的大地电磁数据中获取真实的电性结构，一定程度上提升了大地电磁数据质量；其研究成果逐步加深了对大地电磁信号和噪声的认识，推动了强电磁干扰环境下大地电磁处理技术的发展。然而，现有技术主要是以整体处理方式进行噪声压制，具有盲目性，导致强干扰被剔除的同时也滤除了一些有用的缓变化信息，其结果出现过处理现象，大地电磁信号在低频段的数据质量下降，严重影响大地电磁数据的可靠性和可解释性。因此，有必要设计一种新的大地电磁信噪分离方法。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种大地电磁信噪辨识及分离方法，从受强干扰的大地电磁时间序列入手，引入信噪定量辨识环节；通过提取经优化固有时间尺度分解得到旋转分量的样本熵和模糊熵，对实测大地电磁信号和噪声进行定量鲁棒分析，运用模糊C均值聚类将联合特征参数进行信噪辨识，同时仅对辨识为强干扰的信号段采用小波阈值进行噪声压制；本发明增加大地电磁信噪辨识环节，能有效甄辨大地电磁信号中的有用信号段和强干扰信号段，从而有的放矢地压制大地电磁数据中的强干扰，提升大地电磁噪声压制精度，相对于整体处理方法能尽可能多地保留几乎未受到电磁干扰的大地电磁原始数据，其结果更具可靠性，能更为真实地反映测点本身所固有的电性结构信息；本发明算法简单，易于实现，适合于处理海量实测大地电磁数据。

为了达到上述目的，本发明提供了一种大地电磁信噪辨识及分离方法，包括以下步骤：

一种大地电磁信噪辨识及分离方法，包括以下步骤：

步骤1、初始化参数，将大地电磁信号时间序列等间距划分为J段，并对每个大地电磁信号段分别进行去均值处理；

步骤2、对去均值处理后的每个大地电磁信号段x(t)分别进行优化固有时间尺度分解，得到频率由高到低分布的N个旋转分量PR_n(t)和一个呈单调变化趋势的残余分量R_N(t)，其中n＝1,2,…,N；

步骤3、分别提取各个大地电磁信号段经优化固有时间尺度分解得到的N个旋转分量的样本熵和模糊熵；将第j个大地电磁信号段经优化固有时间尺度分解得到的N个旋转分量的样本熵和模糊熵分别表示为SampEn_j和FuzzyEn_j；

步骤4、将SampEn_j和FuzzyEn_j作为第j个大地电磁信号段的联合特征参数，j＝1,2,…,J，对各个大地电磁信号段进行模糊C均值聚类，将其自动划分为有用信号(几乎未受到电磁干扰的低频缓变化信号)和强干扰信号两大类，实现信噪辨识；