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在多孔隙含水层中地面磁共振（surface nuclear magnetic resonance，SNMR）信号呈现多弛豫衰减特性，常规盲源分离方法和单指数拟合方法引起信号严重失真和信息缺失等问题.本文提出了基于稀疏表示的随机噪声背景下多弛豫SNMR信号的提取方法.根据SNMR信号的衰减特征，设计了精确刻画SNMR信号且与随机噪声不相关的离散衰减余弦冗余字典.其次，针对多弛豫SNMR信号稀疏度未知的问题，通过设置合理的残差比阈值控制迭代次数，改进了广义正交匹配追踪（generalized orthogonal matching pursuit，gOMP）算法，使得该方法应用于SNMR信号的提取时，具有更好的自适应性和普适性.再次，鉴于SNMR测量数据为多次独立重复采集的结果，提出了基于数据流的SNMR信号提取策略，在提高算法鲁棒性的同时，保证了信号提取结果的唯一性.最后，通过仿真和实测数据证明了基于gOMP算法的稀疏表示方法可以显著地提升多弛豫SNMR信号的提取质量，降低随机噪声对含水层反演结果的影响，提高SNMR探测能力. 相似文献
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磁共振探测信号微弱,使用高灵敏度的核磁共振地下水探测仪,极易受到环境噪声干扰.其中,工频谐波噪声和尖峰噪声,是影响信号质量最严重的两类噪声.国内外研究表明,通过参考线圈的布设,依据探测线圈和参考线圈中噪声相关性,利用自适应参考对消算法,能够有效抑制工频谐波噪声.然而,尖峰噪声的存在严重影响了主通道与参考道的数据相关性,成为了参考对消算法应用的难题与障碍.为解决这一问题,本文提出磁共振信号中尖峰噪声的抑制方法,推导了能量域磁共振信号表达式,通过计算信号能量,可有效检测尖峰噪声并突出不易识别的小幅度尖峰噪声,采用基于中位数的绝对偏差法确定阈值,进而剔除尖峰噪声.为了验证去噪效果,与应用较广的统计叠加法进行对比研究.仿真结果表明,对于干扰幅度较大、持续时间较长的尖峰噪声,能量运算法和统计叠加法均能识别并剔除,且不损失有效的磁共振信号,标准差偏差控制在0.3%以内,可以满足实际应用的要求;对于小于信号幅度1.5倍的尖峰噪声,能量运算法可有效识别并剔除,而统计叠加法无法实现.针对多通道探测系统,使用能量运算法剔除尖峰噪声后,可明显提高主通道和参考道的数据相关性,为后续自适应参考对消算法的应用奠定了基础.实测数据处理结果进一步证明了本文方法的实用性. 相似文献
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磁共振地下水探测信号的弛豫时间T2和振幅与地下岩石孔隙大小和地下水的含水量直接相关。目前,磁共振地下水探测方法中,信号的衰减特性由平均弛豫时间T*2来描述。然而,对于复杂的多孔介质组成的岩石结构,仅由T*2无法准确描述地下孔隙情况。详细研究了基于不等式约束的多指数分解法,进行了信号T2谱的提取,并重新计算多指数形式下的信号初始振幅。结果表明：对比信号在不同采集时间下的T2谱提取结果,延长信号的采集时间有助于T2谱的准确提取;通过磁共振仿真信号计算并分析不同信噪比下的T2谱提取结果,信噪比大于30 dB时相对误差平均值小于5%;进行算法改进,得到信噪比大于10 dB时相对误差平均值小于5%的结果,且幅值和T2的相对误差平均值降低了约1/3。由此可知:采用多指数分解法能够获得磁共振信号的T2谱,正则化技术和加权修正能够提高T2谱的准确度和抗干扰能力;与单指数方式相比,采用多指数拟合能够更准确地恢复信号初始振幅。 相似文献
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核磁共振地下水探测仪的灵敏度高,接收到的纳伏级磁共振探测信号极易受到强工频谐波噪声的干扰,导致信号特征参数提取的准确度降低,影响反演解释的水文地质参数结果.为了解决这一难题,基于相关抵消的原理,针对全波磁共振信号,设计带有参考线圈的90°移相自适应噪声抵消系统,理论计算了参考线圈相对于探测线圈的距离,提出变步长LMS算法进行噪声压制.仿真结果表明,在不同的信号强度及不同的信噪比下,当信号与工频谐波干扰频谱不重合时,采用设计的自适应噪声抵消系统和变步长算法,信噪比可以提高到5.94 dB以上,初始振幅、弛豫时间特征参数的拟合误差在2.8%以内;当信号与工频谐波干扰频谱重合时,采用双向自适应滤波算法,信噪比可以达到5dB以上,初始振幅、弛豫时间特征参数的拟合误差在10%以内,可以满足实际应用的要求;实测数据处理进一步证明了方法的有效性. 相似文献
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地下（矿井和隧道内）超前探测灾害水源是磁共振测深（Magnetic Resonance Sounding，MRS）方法应用的新领域，在地球物理方法中是一个难题.本文在地面磁共振探测理论的基础上，建立地下全空间模型，推导直立线圈的磁共振响应信号表达式，对比国际标准模型验证了数值计算的准确性.引入旋转系数矩阵，计算任意地磁场方向和线圈方向的激发场垂直分量.研究了磁共振响应信号与线圈法向偏角和倾角的关系，指出当线圈法向方向垂直于地磁场方向时，磁共振响应信号最大.同时，研究表明磁共振超前探测距离与激发脉冲矩和接收灵敏度紧密相关，激发脉冲矩越大，接收灵敏度越高，则超前探测距离越大，但存在极限距离.在地下线圈尺寸受限的情况下，为使检测信号灵敏度为5 nV时，超前探测距离达到30 m，提出了边长2 m线圈的匝数优化方案，共圈模式最少需要100匝，分离线圈模式最少需要10匝发射线圈和160匝接收线圈.仿真模型试验结果证明，随着噪声水平增大，磁共振超前探测距离和反演分辨率均减小.泽雅隧道探测实践表明，本文提出的地下空间磁共振理论在矿井和隧道环境中进行超前探测是可行的. 相似文献
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磁共振测深技术传统反演方法包括平滑反演和分块反演,通过分别获取初始振幅和平均弛豫时间构建地层含水量及有效孔隙度.然而,这些方法局限于单指数拟合方式,损失了大部分有效采集信息,受限于多孔地质环境解释,并在某些情况下无法刻画含水层清晰分界面.针对上述问题,本文建立了基于MRS全数据的多指数反演方法,依据全部采集时间下的有效信息,通过弛豫时间e指数分解,推导出新的磁共振正演核函数,结合泛函极小值方程,直接反演建立含水量,弛豫时间及地层深度三个重要参数关系,适用于复杂地质环境解释.为得到快速稳定的反演结果和更清晰的含水层分界面,本文借鉴分块反演思想,进一步构建了新的反演目标函数,利用基于不等式约束的空间信赖域算法进行优化,最终实现了一种基于分层反演与多指数结合的磁共振弛豫信号反演方法.模型数据以及实测算例表明该方法的效果和优势,并具备较高的计算效率,本研究为地面磁共振反演提供了一种新的思路与方法. 相似文献
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在利用地面磁共振方法进行地下水探测时,要求发射频率与拉莫尔（Larmor）频率相同.由于地磁场的不均匀性和噪声干扰,实际测量时无法获得准确的Larmor频率,导致发生偏共振现象.如果假设磁共振或频率偏量未知时,反演得到的含水量和弛豫时间（T2*）将存在较大误差.为了解决未知Larmor频率情况下的准确探测问题,本文在频率环测量方案的基础上提出了双频磁共振探测方法,即只需知道Larmor频率的范围区间,通过区间外的两个频率进行偏共振激发,利用频率差值的一半作为频率偏量计算核函数,即可消除未知Larmor频率的影响.通过仿真实验,证明了在电阻率大于100 Ωm时,双频磁共振和偏共振的核函数偏差较小.对于双层含水层模型,双频磁共振和偏共振的信号偏差小于3 nV,因此得到双频磁共振信号可以用偏共振核函数进行反演.通过对假设磁共振、假设偏共振和双频磁共振反演结果的对比,可以得到在未知频率偏量和设定频率偏量改变时,双频磁共振均能得到准确的反演结果.但是,当环境噪声增加和电阻率降低时,反演结果的准确度降低.最后,通过长春市烧锅镇采集数据的反演结果与已知钻探资料进行对比,验证了双频磁共振探测方法的有效性和准确性. 相似文献
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磁共振探测技术（Magnetic Resonance Sounding，MRS）以其无损、定量、直接等优势，被广泛应用于地下水调查、水文环境评价以及灾害水源预警等领域.在实际应用中，强工频谐波和随机噪声等严重影响MRS信号的质量，导致后续水文参数解释不准确.针对这一问题，提出谐波建模和自相关相结合的方法进行消噪以及信号特征参数提取.首先构建工频谐波模型，针对建模算法严重依赖工频基频精度的问题，采用自适应扫描方式搜索方案，大幅提高搜索准确度和速度；其次推导了MRS信号自相关表达式，提出了自相关参数提取的非线性拟合方法.仿真数据结果表明，建模消噪方法有效消除了工频谐波，信噪比平均提升了17.03 dB；自相关处理后，信噪比进一步提升了16.10 dB，初始振幅和弛豫时间参数提取结果的准确度比处理前分别提高了3.8倍和2.8倍.通过不同信噪比和弛豫时间的重复实验，得到当噪声水平小于200 nV和弛豫时间大于200 ms时，自相关参数提取具有较高的稳定性.最后，通过野外实测数据处理实验，进一步验证了联合消噪和参数提取方法的有效性. 相似文献
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地面磁共振法(MRS)因具有定性、定量分析地下水能力,而备受关注.传统磁共振地层含水量反演多采用均匀半空间模型,忽略电阻率分布信息对结果的影响.针对这一问题,本文基于多层电介质中磁共振响应理论,提出MRS与瞬变电磁(TEM)联合反演方法,通过电阻率分布信息对含水量反演过程的实时修正,提高了解释结果的准确度.反演算法采用自适应遗传算法(AGA)进行,基于繁殖规则,动态调整交叉概率和变异概率,解决了标准遗传算法易未成熟收敛而难以得到全局最优解问题.模型数据表明,含噪10%情况下,联合反演仍能较准确地反映地下含水单元模型结构,对比MRS单独反演优势明显.同时,内蒙古白旗野外观测数据联合反演结果与钻井资料基本一致,充分验证了AGA反演算法的实用性及MRS-TEM联合反演的实际意义. 相似文献
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地空频率域电磁法探测信号为多频非平稳信号,为了解决应用传统傅里叶变换方法提取其幅度时分辨率较差的问题,本文提出了基于同步提取变换(SET)的地空频域电磁信号幅度提取方法。该方法对电磁数据进行SET,得到高分辨率时频图,并利用能量算子使电磁数据时频谱能量更为集中;采用贪心算法提取脊线,得到时频图的高能量带;通过自回归模型自适应地补充了脊线中的0值,解决了由窗函数引起的端点效应问题。根据脊线位置的时频图复数值,得到各频率分量幅度随时间的变化,研究了不同信噪比情况下基于SET的地空频率域电磁信号幅度提取结果的准确性。结果表明:当信噪比≥10 dB时,幅度提取结果的平均相对均方根误差均小于5%;当信噪比<10 dB时,幅度提取结果的平均相对均方根误差在10%以内。提取效果良好。将此方法应用于新疆霍拉山隧道工程地空频率域电磁法探测中,成功提取了多频电磁信号各频率分量的幅度,与采用傅里叶变换提取非平稳信号幅度的方法相比,该方法有效地提高了幅度提取结果的分辨率。 相似文献