[发明专利]基于小波变换模极大值法的磁共振信号工频噪声消减方法

说明书

本发明属于核磁共振测深信号噪声消减领域，为一种基于小波变换模极大值法的磁共振信号工频噪声消减方法，包括以下步骤：对核磁共振地下水探测仪采集的全波磁共振观测信号进行n层小波分解，n取5‑7；提取出各层细节系数d₁，…，d_n以及最后一层近似系数a_n；用小波变换模极大值去噪算法更新每一层细节系数；利用重建的小波系数重构信号。本发明过程简单，运算速度快，通过处理单次探测信号即可实现较好的噪声消减效果。

技术领域

本发明涉及核磁共振测深(Magnetic Resonance Sounding,MRS)信号噪声消减方法，尤其是利用基于小波变换模极大值法消减磁共振信号中所含工频噪声的处理方法。

背景技术

磁共振地下水探测技术具有可以直接反演出地下0-150m深度含水层的位置、含水量大小、介质孔隙度及电导率等水文地质信息的优点，近年来被广泛应用于我国地下水勘探领域，为缓解旱区压力提供了可靠的技术支撑。然而MRS信号十分微弱，仅有纳伏级别，极易受到环境噪声的干扰，尤其是在电力线密集的城市及周边地区探测，工频干扰是MRS测量中最常见、最严重的干扰，其严重降低了信号特征参数提取的准确度，影响反演解释中水文地质参数的结果。因此，有效消除工频噪声在磁共振地下水探测过程中至关重要。

专利CN104459809A公开了一种“基于独立成分分析的全波核磁共振信号噪声滤除方法”，主要针对全波核磁共振信号中的工频谐波干扰或某一单频干扰。首先利用核磁共振测深探水仪采集MRS信号，通过频谱分析获得采集信号中含有的工频谐波干扰或某一单频干扰的频率，采用数字正交法构造输入通道信号解决欠定盲源分离问题；然后，将构造的输入通道信号与采集的MRS信号一并作为输入信号进行独立成分分析，得到分离MRS信号；最后采用频谱校正法解决分离后MRS信号幅值不定问题，进而提取去噪后MRS信号。专利CN104614778A公开了一种“基于ICA的核磁共振地下水探测信号噪声消除方法”，该方法首先录入三组核磁共振响应数据，分别对这三组数据进行傅里叶变换，确定每组数据核磁共振中心频率附近所含工频谐波，然后构造与工频谐波同频率，与核磁共振相应数据同长度的正弦函数、余弦函数，并与核磁共振响应数据组成观测信号，采用独立分量分析算法对每组观测信号进行分离得到解混信号，进行数据重构以消除工频谐波的干扰，将三组去除工频谐波的核磁共振数据作为观测信号，再利用ICA算法处理，削弱剩余随机噪声的干扰。Legchenko和Valla在Geophys[2003,53,103-120]上发表的论文“Removal of power-lineharmonics from proton magnetic resonance sounding measurements”中采用区块对消、正弦对消和陷波相结合的方法消减工频噪声。

上述发明的基于独立成分分析的全波核磁共振信号噪声滤除方法，利用数字正交法构造除观测信号通道以外的输入通道信号，无需按照传统ICA要求，使用额外的仪器设备采集多路输入通道信号，打破了ICA应用的苛刻条件，节省了大量人力物力，但该方法需要进行含噪信号的分离以及对分离信号进行频谱校正，其中包括对信号进行中心化及白化处理、判断信号和噪声的高斯性、设定FastICA算法收敛条件，计算步骤繁琐，非专业人员难以操控；基于ICA的核磁共振地下水探测信号噪声消除方法，在试验过程中无需铺设参考线圈，操作简便，在压制工频噪声时不会破坏信号的细节特征，但该方法要求数据至少为三组，并且计算过程复杂，计算量较大；陷波法是目前去除工频噪声较为普遍的方法，但当噪声频率和磁共振信号频率相近时，极易造成有效信号的损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于小波变换模极大值法的磁共振信号工频噪声消减方法，有效消减工频噪声的同时不损失信号成分，该方法对受工频干扰的低信噪比全波磁共振信号具有良好的实用性，通过处理单次采集信号即可获得明显的噪声消减效果，可提高探测效率。

本发明是这样实现的，

一种基于小波变换模极大值法的磁共振信号工频噪声消减方法，包括以下步骤：