[發明專利]基于多線性奇異值張量分解核磁共振FID信號噪聲抑制方法

有效

• 申請號: 202110794109.7
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113655534B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 劉歡;王澤華;董浩斌;趙昌峰;王曉斌
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01V3/38
• 分類號: G01V3/38;G01V3/14
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 萬文廣

本發明提供了一種基于多線性奇異值張量分解核磁共振FID信號噪聲抑制方法，包括：獲取多通道信號：通過延時采樣，每間隔時間Δt，使能一個通道開始采樣，得到多通道信號；將每個通道信號變換為Hankel矩陣，構成三階張量對三階張量進行Tucker分解并處理，得到三階張量將三階張量恢復為多通道信號，對該多通道信號構成的二階張量X進行CP張量分解處理，最后得到多通信信號融合后的高信噪比信號x_new。本發明有益效果是：有效克服了當前算法在強噪聲干擾下的局限性，同時也保證了算法的實時性與普適性，可適用于質子磁力儀、核磁共振找水儀等儀器中，提高其頻域測量的精度、水文參數的準確度，有效提高相關地學儀器的精度與準確度。

技術領域

本發明涉及信號處理領域，尤其涉及基于多線性奇異值張量分解核磁共振FID信號噪聲抑制方法及方法。

背景技術

自由感應衰減(Free induction decay,FID)信號是核磁共振技術中產生的信號，在利用核磁共振技術的地體物理探測領域的相關儀器中(如質子旋進類磁力儀、核磁共振找水儀等)都是通過對核磁共振FID信號的參數進行提取、頻率測量、水文參數反演等手段來獲得所需的地磁場值、水文參數等，但是獲得的FID信號都極其微弱，FID信號很容易淹沒在環境噪聲和人為噪聲中。所以如何讓抑制各種類別的噪聲成為核磁共振技術在相關地學儀器中的主要限制。因此，為了提高地學儀器的測量精度和準確度，需要對獲取到的FID信號進行噪聲抑制，以得到更準確的頻率、水文參數等信息。

當前階段的FID信號噪聲抑制手段主要是通過算法來進行噪聲抑制，常用的算法有SVD、小波變換、PCA、EMD等算法，但是這些算法在實際應用中仍存在以下局限性：1)數據量要求較高，在采樣點數很少的情況下，其噪聲抑制效果會大打折扣；2)在時頻域進行分析處理，其運算量較大，實時性無法保障；3)普適性較弱，這些算法針對特定類別的噪聲進行噪聲抑制，但在實際情況中會有多種噪聲同時存在。因此當獲得的FID信號噪聲較大且噪聲類別較多時，這些算法已近無法進行有效的噪聲抑制，使得儀器無法正常工作。

發明內容

有鑒于此，針對以上技術缺陷，本發明提出了一種基于多線性奇異值張量分解核磁共振FID信號噪聲抑制方法，包括以下步驟：

S101：獲取多通道信號：通過延時采樣，每間隔時間Δt，使能一個通道開始采樣，得到多通道信號；

S102：基于多線性奇異值張量分解的噪聲抑制：

將每個通道信號變換為Hankel矩陣，構成三階張量

對三階張量進行Tucker分解并處理，得到三階張量

將三階張量恢復為多通道信號，對該多通道信號構成的二階張量X進行CP張量分解處理，最后得到多通信信號融合后的高信噪比信號x_new。

進一步地，步驟S102中獲得的三階張量進行Tucker分解處理的具體過程為：

對張量進行Tucker分解，得到一個核心張量與多個伴隨矩陣U⁽ⁿ⁾；

對核心張量中數值相對較小的奇異值進行置零處理，得到處理后的核心張量將處理后的核心張量與上一步得到的多個伴隨矩陣U⁽ⁿ⁾進行張量模乘運算，得到三階張量即完成一部分的噪聲抑制。

進一步地，對三階張量恢復為多通道信號X，并進行CP張量分解的具體過程為：

將三階張量通過Hankel逆變換為多通道信號矩陣X(即二階張量)；利用CP張量分解將二階張量X分解為兩組一維向量外積的形式，得到a，b向量，對a，b向量進行運算，得到融合后的去噪FID信號，完成全部噪聲抑制。

進一步地，對a，b向量進行運算的過程如下：