瞬变电磁降噪新方法研究

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瞬变电磁法是地质勘探中常用的方法,该方法适用于多种地形环境,响应灵敏,被广泛的应用于水文地质、井下巷道、煤田、油气田等领域的勘探中,可有效检测到煤炭采空区、矿井积水、油气田和金属矿产等。
  在野外进行瞬变电磁数据的采集过程中,信号会受到噪声干扰,使得数据解释出错和反演精度低。为此,找寻合适的降噪处理方法,可以有效提高数据的解释精度,避免获得错误的地质信息。
  瞬变电磁信号容易受到随机噪声、天电噪声、人文噪声的干扰,传统降噪方法在降噪量和降噪效果方面已经不能够满足需要,现有的不少方法,如小波阈值、经验模态分解、奇异值分解等方法,可以有效的对上述某类噪声进行压制。本文通过总结这些降噪方法,找出它们适用的范围,同时,根据瞬变电磁信号的推导公式,仿真出理想瞬变电磁信号,随机噪声选用白噪声模拟,天电噪声选用Alpha稳定分布模拟,人文噪声选用50Hz正弦波及其谐波模拟,用于降噪实验分析。本文的主要研究内容如下:
  1.研究了一种基于最小均方误差原则的瞬变电磁信号降噪方法,对含有随机噪声和人文噪声的瞬变电磁信号分帧,并对每帧信号做短时傅里叶变换,求得短时频谱幅度,根据频谱幅度估算出先验信噪比和后验信噪比,最小化估计幅值与实际幅值之间的均方误差,最后结合含噪信号的相位信息,得到增强信号,噪声得到有效抑制。
  2.大多数瞬变电磁信号的降噪方法只能够处理单一类型噪声,在复杂环境下,降噪效果一般,有时甚至会出现明显的失真。本文研究了基于奇异值分解与正弦波估计相结合的去噪方法,该法首先对含噪信号进行奇异值分解,然后对初步去噪的信号进行正弦波估计,消除正弦噪声干扰,起到了良好的去噪效果。
  3.由于采集的瞬变电磁信号的噪声环境不同,同一种算法的降噪效果也不同,本文研究了几种噪声环境下各个方法的去噪效果,并采用基于卷积神经网络的分类技术对含噪信号进行噪声识别,通过识别结果,可选择相应的降噪方法实现最优降噪。
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