[发明专利]一种去除时间域航空电磁数据中工频干扰的方法

说明书

本发明提供一种去除时间域航空电磁数据中工频干扰的方法，包括以下步骤：首先，观察时间域航空电磁数据中是否含有工频干扰噪声；其次，设计对时间域航空电磁数据中工频干扰进行去除的滤波器，该滤波器需应对海量数据时的计算速度和精度；所述滤波器为IIR型梳状滤波器；最后，利用设计好的滤波器对时间域航空电磁数据进行滤波处理；滤波后，观察干扰去除效果，并抽取部分数据进行频谱对比分析，它不仅可以高效的在时间域中直接去除工频干扰中50Hz主频噪声，且能将其谐波噪声去除，去除后的数据保持了原有数据的幅值，并且保证了数据变化趋势的正确性，本发明的算法可应用于时间域航空电磁连续采样海量数据的实时处理中。

技术领域

本发明涉及时间域航空电磁数据处理技术领域，尤其涉及一种去除时间域航空电磁数据中工频干扰的方法。

背景技术

时间域航空电磁信号在采集过程中易受到来自各方面的干扰，导致信号淹没在噪声中而无法正确解译出地下介质分布信息。电磁勘探测区内难免会存在高压输电和变电装置对采集的信号产生干扰，因此合理正确的对其进行去除是解译地下介质构造的重要前提。我国的电网标准频率是50Hz，习惯上称为工频，在地球物理探测中将其对信号产生的干扰称为工频干扰。

传统的阻带滤波方法主要有两种，一种是在频率域中进行阻带滤波后再转回时间域，一种是在时间域中进行陷波滤波。前者在应对海量数据时运算速度较慢，后者只能对50Hz频率干扰进行去除，而无法对其谐波进行压制。文件一：王保利.工频干扰信号的时频域压制方法研究[J].中国煤炭地质，2015,4(27)：73-77。公开了时频域的阻带滤波方法对工频干扰进行压制，在其计算过程中，将时域信号利用傅里叶变换转到频率域，在频率域对数据同时进行多次窄带滤波，然后将滤波结果再转换到时间域，从而实现对工频干扰的去除。文件二：Steven W Smith.Digital signal processing[M].2003.Library ofcongress cataloging in publication.公开了陷波滤波器的方法对含有的工频干扰噪声进行去除。陷波滤波器是通过对输入信号在某一频率点快速衰减，从而达到对该信号频点进行抑制的一种滤波器，属于带阻滤波器的一种，其阻带非常狭窄。

文件一的多次阻带滤波方法主体思路基于频率域设计，且该方法受限于计算速度不能应用于海量数据的实时处理。

文件一的方案是采用了时-频和频-时变换的阻带滤波方法。其将数据中工频干扰信号表示为：

其中，A_i、f_i、φ_i分别为第i个频率工频干扰信号的振幅、频率、相位，t为时间，N为单频干扰信号的个数。根据有效信号的变化情况，将单道信号变换到频率域，来提取时频域的信号

表示沿时间轴取中值，通过在频率域进行滤波后，通过反傅里叶变换得到去噪后的时域信号：

其中x(t)表示原始信号，表示去噪后的信号，IFFT表示反傅里叶变换。如果数据量大，将数据量裁剪，分块进行计算。

利用该方案对地震数据进行了工频干扰的去除，但其去除方法采用了时间域数据转换到频率域，对频率域数据进行工频干扰去除后，再将频率域数据转换到时间域中，该方法可以有效的压制工频干扰。但此种方法应对少量数据时速度尚可，当应对时间域航空电磁海量数据时，区段式的时-频和频-时转换导致了处理速度慢，且远不能达到实时处理的要求。

文件二由于陷波器的幅频特性只对工频干扰的50Hz频率噪声进行去除，不能对50Hz谐频干扰进行去除，从而导致原数据曲线形态发生改变，破坏了原数据衰减规律；因此陷波滤波器在工频干扰去除方面，存在着不足，需要寻找其他更好的方法对工频干扰进行去除。