[发明专利]一种人工源电磁法观测信号去噪方法

说明书

本发明公开了一种人工源电磁法观测信号去噪方法，所述方法包括：首先对含噪信号进行快速傅里叶变换，在频域信号中将工频干扰去除，进行傅里叶逆变换后回到时间域；然后对去除工频干扰后的时间域信号进行EEMD分解，衰减信号基线漂移；最后基于移不变稀疏编码进一步矫正信号的基线漂移，并去除其它人文噪声。本发明可以在不损失有用信号的前提下，将幅度远远大于有用信号的工频干扰噪声、基线漂移噪声以及脉冲等人文噪声有效去除，且允许强噪声存在于从观测开始到结束的整个过程，因此使得人工源电磁法可以在持续性、强干扰环境下观测。

技术领域

本发明属于勘探地球物理信号处理领域，涉及一种人工源电磁法观测信号去噪方法，尤其涉及周期信号、包括伪随机信号的去噪方法。

背景技术

人工源电磁法勘探时，发送机通过接地电极或不接地回线发送可控的电磁信号，然后在一定距离外通过接收机观测信号，据此获得地下的电性结构信息。相对于天然场源电磁法，人工源电磁法其信噪比有明显提高，但实际勘探时，接收机采集到的信号仍然不同程度的受到各种噪声的影响，因此对采集到的信号进行去噪仍然是一项必不可少的任务。

尽管现有的数据段挑选、稳健估计等数据处理方法能够取得一定效果，但如果噪声的持续时间较长，甚至存在于从开始到结束整个观测时间段时，这些方法则效果不佳。小波变换、形态滤波等方法则由于损失有用信号效果也不理想。

此外，对于普遍存在的工频干扰噪声，现有的仪器通常采用硬件陷波器或者使用DSP等器件构建数字陷波器，如果采用硬件陷波器则会因为需要的陷波器数量过多造成电路过于臃肿，且由于陷波器的性能不能理想化，不同程度的存在损伤有用信号的问题。采用数字陷波器尽管简化了电路规模，但对DSP等器件的性能有较高要求，且同样存在损伤有用信号的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为一种用于人工源电磁法观测信号去噪的方法。该方法包括基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)去除工频干扰噪声、基于总体平均经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD)减弱基线漂移以及基于移不变稀疏编码(Shift-Invariant Sparse Coding,SISC)方法矫正基线漂移并去除其它人文噪声。

具体操作步骤如下：

(1)对观测信号进行快速傅里叶变换，得到进行快速傅里叶变换后的信号频谱序列，将观测信号频谱序列中属于工频干扰基频及其谐波所对应的频点的幅度置零，从而去除工频干扰，得到去除工频干扰的去噪信号；

(2)对去除工频干扰的去噪信号进行傅里叶逆变换，回到时间域；

(3)对回到时间域的去噪信号进行EEMD分解，得到不同频率的固有模态分量，将其中代表趋势项的低频分量去除，以减弱信号的基线漂移；

(4)采用移不变稀疏编码方法进一步矫正信号的基线漂移，并去除人文噪声。

基于快速傅里叶变换的工频干扰去除，基频为50Hz时，谐波主要包括150Hz、250Hz、350Hz等奇次谐波，有时也存在于100Hz、200Hz、300Hz等偶次谐波，因此，所述工频干扰噪声包括工频干扰的基频、奇次谐波以及偶次谐波。此外，工频干扰其频率并非是固定的，而是随电网负载的变化有所波动，因此需要将50Hz及其谐波波动范围内的频点的幅度也置零，具体的频率区间根据实际情况以及有效信号的频率进行调整。

基于快速傅里叶变换的工频干扰去除，假设观测信号x₁的采样点数为N，采样频率为f_s，观测信号x₁经快速傅里叶变换后得到的频谱序列为X₁。依照式(1)计算频率分辨率Δf：