[發明專利]基于局部Capon估計的SNMR信號參數估計方法

在審

• 申請號: 202310384013.2
• 申請日: 2023-04-12
• 公開（公告）號: CN116432008A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 于曉輝;馮海;李新波;孫曉東;石屹然
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G06F18/2131
• 分類號: G06F18/2131;G01V3/14;G01N24/08
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所(普通合伙) 22206
• 代理人: 王楠楠

本發明公開了一種基于局部Capon估計的SNMR信號參數估計方法，屬于地表核磁共振技術領域，本發明構建包含SNMR信號和工頻諧波噪聲的混合信號模型，構造Capon譜，在Capon譜中引入局部傅里葉矩陣，得到的局部Capon譜是個自變量為頻率和弛豫時間的函數；對所述函數進行峰值搜索，峰值對應的坐標對應著SNMR信號弛豫時間和拉莫爾頻率；結合最小二乘法能夠求得SNMR信號的初始振幅、弛豫時間、拉莫爾頻率以及初始相位。與之前的方法相比，本方法不需要考慮采集信號中工頻諧波噪聲的影響，而是將其視為信號的一部分，因此當信號處在信噪比較低、噪聲較大的情況下時，SNMR信號參數估計的精度和準確性更高。

技術領域

本發明涉及地表核磁共振技術領域，更具體地，涉及一種基于局部Capon估計的SNMR信號參數估計方法。

背景技術

地表核磁共振(Surface?nuclearmagnetic?resonance，SNMR)技術是目前唯一可以直接估算地表100米下含水量和孔隙結構的方法，在過去的幾十年里，隨著測量技術和數據處理技術的發展和成熟，SNMR技術廣泛應用于地下水資源調查與水文地質評估等領域。核磁找水儀器在現場采集到的SNMR信號易受到噪聲影響，噪聲主要為工頻諧波噪聲和隨機噪聲，從混有噪聲的信號中獲取SNMR信號模型的有關參數是SNMR技術的關鍵。

目前主要的方法是對兩種噪聲依次去除，如使用諧波建模法去除工頻諧波噪聲，再使用疊加法抑制隨機噪聲，最后通過擬合法獲取SNMR信號的參數。

但現有技術存在如下缺點：

(1)若采用傳統的方法對SNMR信號進行參數求取時，SNMR信號可能會在去除噪聲的過程中失真，導致最后參數估計產生較大的誤差。

(2)工頻諧波噪聲是對SNMR信號影響最大的噪聲，一些方法需要事先對工頻諧波進行分析，如諧波建模，一些高分辨率算法也需要提前獲取工頻諧波分量的個數。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的是提出了一種基于局部Capon估計的SNMR信號參數估計方法，該方法不需要考慮采集信號中工頻諧波噪聲的影響，而是將其視為信號的一部分，因此當信號處在信噪比較低、噪聲較大的情況下，SNMR信號參數估計的精度和準確性更高。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：基于局部Capon估計的SNMR信號參數估計方法，該方法包括：

步驟S1：構建包含SNMR信號和工頻諧波噪聲的混合信號模型；

混合信號模型中，x(n)為采集信號的數據序列，K為信號分量的個數，k＝1,2,…,K，E_k、f_k和T_k分別對應第k個信號分量的幅值、相位、頻率和弛豫時間，j為虛數單位，ω(n)為隨機噪聲；

將采集信號的數據序列x＝[x(1),x(2),…,x(L)]轉化為M×N維的Hankel矩陣X：

x(M)、x(N)和x(L)分別為數據數列的第M、N和L個點，三者有如下關系：

L＝M+N-1，MN；

并計算得到X協方差矩陣R：

R＝XX^H

步驟S2：構造Capon譜，在Capon譜中引入局部傅里葉矩陣F，得到自變量為頻率f和弛豫時間T的函數

①構造的Capon譜為：