[发明专利]一种基于小波变换与正弦波估计的瞬变电磁信号降噪方法

说明书

本发明公开了一种基于小波变换与正弦波估计的瞬变电磁信号降噪方法,包括以下步骤：(一)选取小波基函数对含噪瞬变电磁信号进行小波变换；（二）对小波系数进行小波消噪处理，得到小波消噪后的信号；（三）将小波消噪后的信号反转，截取反转信号的前部作为正弦波干扰信号的一部分，对该部分信号应用补零或插值技术进行延长，然后作FFT变换；（四）对正弦波信号的幅度、相位和频率进行估计；（五）计算出整个估计的正弦波干扰信号；（六）用反转信号减去该估计的正弦波干扰信号，再将相减后的信号反转，得到瞬变电磁信号。本发明在包含白噪声和工频干扰的复杂环境下，可以有效提高瞬变电磁信号的信噪比。

技术领域

本发明涉及瞬变电磁信号处理技术领域，尤其涉及一种基于小波变换与正弦波估计的瞬变电磁降噪方法。

背景技术

瞬变电磁信号作为地下勘探的有力手段，在采集的过程中，容易受到来自采集仪器的内部噪声及工频噪声的干扰，往往会导致微弱的瞬变电磁信号中晚期受干扰严重而无法使用。因此，找到合适的去噪方法，提高复杂背景噪声下的瞬变电磁信号的信噪比显得十分必要。

常用的去除瞬变电磁信号噪声的方法有叠加平均法、陷波法、小波去噪法等方法，这些方法当中，叠加平均法和小波法能够有效消除白噪声的干扰，但是对于工频干扰和正弦波干扰没有作用；陷波法对于工频噪声有抑制效果，本身相当于很窄的窄带滤波器，但指定频点附近的信号都会被抑制，从而不可避免的引入失真。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所解决的技术问题是如何去除瞬变电磁信号中含有的白噪声和正弦波干扰(设定噪声成分为白噪声和正弦干扰信号)。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种基于小波变换与正弦波估计的瞬变电磁信号降噪方法,包括以下步骤：

(一)选取小波基函数对含噪瞬变电磁信号进行小波变换，具体过程如下：

设定噪声成分为白噪声和正弦干扰信号，正弦干扰信号频率为50Hz，则：

采样离散信号x_n,0≤n≤N-1的Mallat正交小波变换的分解公式可表示为：

其中c_j,k称为尺度系数，d_j.k称为小波系数，h(n)为有限长低通滤波器，g(n)为有限长高通滤波器，n＝0,…,N-1，两者互为正交镜像滤波器组，j(j＝1,…,5)为分解层数，N为采样点数。

(二)对小波系数设置合适的阈值进行小波消噪处理，得到小波去噪后的信号，具体过程如下：

(1)选择软阈值函数对信号进行处理；

(2)自适应阈值选取启发式阈值；

(3)每层所选取的阈值不需要进行重新调整；

(4)对阈值量化后的信号进行小波逆变换并将逆变换后的系数进行重构。

(三)将小波消噪后的信号反转，截取反转信号的前部作为正弦波干扰信号的一部分，对该部分信号应用补零技术进行延长，并对其进行FFT变换；具体过程如下：

将小波变换去噪后的瞬变电磁信号进行反转，反转后的信号前半部分对应为瞬变电磁信号的晚期数据，晚期信号完全被噪声淹没，将其视为正弦波干扰信号的噪声估计部分，记作d(k)(k＝0,1,…,M-1)，长度为M；考虑提高频率分辨率，对该部分信号应用补零技术进行延长，即对d(k)后补零，让d(k)长度达到K(K≥M，K＝M为不做延长的情况)，并进行K点FFT变换，得到：D(l)，l＝0,1,…,K-1。

(四)根据FFT变换的结果，对正弦波信号的幅度、相位和频率进行估计，具体过程如下：