[发明专利]一种基于低相关分段的高精度磁共振信号频率测量方法

说明书

本发明公开了一种基于低相关分段的高精度磁共振信号频率测量方法，对放大、窄带滤波后的地磁场测量传感器输出的信号进行采集获得原始FID信号，提取原始FID信号中信噪比大于设定比例的原始FID信号初始信噪比的FID信号；对提取的FID信号进行间距为T的等间距分段截取，获得各个FID信号段；对各个FID信号段进行降噪；计算各个FID信号段的频率，对各FID信号段信的测得的频率进行加权平均获得FID信号的频率。本发明由测量方法引起的系统误差相对更小。具有较强的抗噪声能力，可以精确测量更低信噪比的FID信号。

技术领域

本发明属于弱磁信号检测领域，具体涉及一种基于低相关分段的高精度磁共振信号频率测量方法。

背景技术

质子磁力仪是现有高精度弱磁场测量仪器中一个重要分支，其主要用于地磁场的测量，它是利用氢质子在磁场中的旋进现象进行测量的。其传感器由极化线圈与含氢样品组成，¹H在地磁场下发生能级分裂，通过在线圈上施加一个极化电流产生预极化磁场，使地磁场下的¹H磁化矢量偏离地磁场方向，极化磁场撤去时的¹H磁化矢量会绕地磁场方向进动产生磁共振信号，其强度随时间变化逐渐衰减。磁共振信号的频率由待测磁场强度决定，对其频率的精确测量对于质子磁力仪的测量精度至关重要。

现有质子磁力仪中常采用的磁共振信号频率测量方法有频率测量法、周期测量法、基于FFT的频率估计法等。

1）频率测量法：其原理是通过测量单位时间内重复周期的数量来计算频率。此方法的缺点是存在较大量化误差，且由于磁共振信号快速衰减可计数周期有限，测量精度受限于待测信号周期数，此外精度受噪声干扰较大。优点是简单、门控时间确定。

2）周期测量法：其原理是测量固定被测信号周期内所对应的时间来计算频率。此方法缺点是存在系统误差，且被测信号中的噪声直接影响门控时间，从而影响测量精度。优点是简单、待测信号周期数确定。

3）基于FFT的频率估计法：其原理是先将信号数字化，然后利用FFT算法将信号转化到频域，再对频谱峰值位置进行估算。此方法的缺点是由于磁共振信号快速衰减持续时间较短，导致FFT变换出的频谱分辨率有限，进而造成频率估计误差较大。优点是抗噪声干扰能力强。

在质子磁力仪中，磁共振信号的频率测量精度直接影响仪器对磁场的测量精度，上述频率测量方法的精度受限于磁共振信号中的噪声或者系统误差，因此需要发展更高精度的频率测量方法。

发明内容

本发明目的在于针对常规磁共振信号（FID信号）频率测量方法存在的上述问题，提出一种基于低相关分段的高精度磁共振信号频率测量方法，在原有方案的基础上进一步提高磁共振信号的频率测量精度，进而提高地磁场测量的精度。

一种基于低相关分段的高精度FID信号频率测量方法，包括以下步骤：

步骤1、对放大、窄带滤波后的地磁场测量传感器输出的信号进行采集获得原始FID信号，提取原始FID信号中信噪比大于倍原始FID信号初始信噪比的FID信号，x为设定参数；

步骤2、对步骤1中提取的FID信号进行间距为T的等间距分段截取，获得各个FID信号段，FID信号段的持续时间长度为R；

步骤3、对各个FID信号段进行降噪；

步骤4、计算各个FID信号段的频率，对各FID信号段的测得的频率进行加权平均获得FID信号的频率。

如上所述步骤2中时间间隔，k∈{1，2，…，n}，以t作为时间轴，t=0为原点，n表示从原点开始向时间轴t正方向的窄带随机噪声的自相关函数的第n个过零点，t为两个不同时间点之间的间隔，为窄带滤波的通频带宽度。

如上所述窄带随机噪声的自相关函数为：