基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的大地電磁強(qiáng)干擾分離及應(yīng)用.pdf

1、大地電磁強(qiáng)干擾分離技術(shù)一直是大地電磁測(cè)深領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。迄今為止，它的研究工作已經(jīng)取得了許多成果，但隨著人類(lèi)文明的不斷發(fā)展，重工業(yè)密集等因素造成的環(huán)境噪聲以及人類(lèi)活動(dòng)等因素造成的人文電磁噪聲日益嚴(yán)重，導(dǎo)致大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)受到嚴(yán)重污染，大地電磁測(cè)深工作面臨巨大困難?，F(xiàn)有的大地電磁強(qiáng)干擾分離方法在礦集區(qū)實(shí)際應(yīng)用和測(cè)試中表現(xiàn)出諸多不足，這一領(lǐng)域面臨的困難和挑戰(zhàn)也日益加劇。因此，為了提高大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)質(zhì)量，抑制噪聲干擾已成為當(dāng)務(wù)之急。研

2、究大地電磁強(qiáng)干擾的特征，提出有針對(duì)性的大地電磁強(qiáng)干擾分離方法，對(duì)改善大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)質(zhì)量以及對(duì)大地電磁法探測(cè)結(jié)果的處理和解釋具有重要意義。本文正是在這一背景下，在國(guó)家科技專(zhuān)項(xiàng)“深部礦產(chǎn)資源立體探測(cè)及實(shí)驗(yàn)研究”(SinoProbe-03)和國(guó)家自然科學(xué)基金“基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的大地電磁信號(hào)與強(qiáng)干擾分離方法研究”(41104071)的聯(lián)合資助下，利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)理論對(duì)大地電磁強(qiáng)干擾分離方法進(jìn)行了深入研究，具有重要的理論和實(shí)際意義。
　　本文

3、基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的思想，對(duì)大地電磁強(qiáng)干擾分離及應(yīng)用展開(kāi)了分析，重點(diǎn)研究了傳統(tǒng)形態(tài)濾波和廣義形態(tài)濾波的大地電磁強(qiáng)干擾分離方法以及在形態(tài)濾波的基礎(chǔ)上，研究了Top-hat變換、中值濾波和信號(hào)子空間增強(qiáng)的大地電磁二次信噪分離方法。論文通過(guò)理論分析、模擬仿真以及實(shí)際應(yīng)用等手段，圍繞數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)開(kāi)展大地電磁強(qiáng)干擾分離的研究工作。本文工作的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新總結(jié)如下:
　　(1)研究了五種典型的大地電磁強(qiáng)干擾類(lèi)型的特征規(guī)律，分析了礦集區(qū)主要的噪聲來(lái)源

4、。對(duì)一類(lèi)點(diǎn)分別添加類(lèi)方波干擾和類(lèi)充放電三角波干擾，從時(shí)間域波形和卡尼亞電阻率測(cè)深曲線兩方面研究了典型噪聲干擾對(duì)大地電磁數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響情況。
　　(2)數(shù)值模擬了典型的單一噪聲干擾，研究了不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)元素及尺寸的去噪性能，討論了結(jié)構(gòu)元素長(zhǎng)度及類(lèi)型的選取規(guī)律。
　　(3)針對(duì)V5-2000不直接提供讀取時(shí)間序列的軟件，剖析了該儀器的數(shù)據(jù)采集格式，實(shí)現(xiàn)了大地電磁原始資料的讀取及還原。提出了基于傳統(tǒng)形態(tài)濾波的大地電磁信噪分離方法，分

5、析了不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)元素及同一類(lèi)型、不同尺寸結(jié)構(gòu)元素的去噪性能。
　　(4)構(gòu)建了組合廣義形態(tài)濾波器，提出了基于組合廣義形態(tài)濾波的大地電磁強(qiáng)干擾分離方法。在青海柴達(dá)木盆地開(kāi)展了相關(guān)試驗(yàn)研究，選取了具有一定代表性的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行組合廣義形態(tài)濾波處理。對(duì)比了時(shí)間域波形和卡尼亞電阻率-相位測(cè)深曲線的改善情況，分析了該方法對(duì)包含比較單一的噪聲干擾測(cè)點(diǎn)的去噪效果。對(duì)礦集區(qū)強(qiáng)干擾測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了組合廣義形態(tài)濾波處理，綜合評(píng)價(jià)了該方法對(duì)包含復(fù)雜噪聲干擾類(lèi)型的

6、強(qiáng)干擾測(cè)點(diǎn)的噪聲抑制能力。
　　(5)在數(shù)學(xué)形態(tài)濾波的基礎(chǔ)上，提出了基于Top-hat變換、中值濾波和信號(hào)子空間增強(qiáng)的大地電磁二次信噪分離方法。針對(duì)形態(tài)濾波提取的噪聲輪廓或重構(gòu)信號(hào)，進(jìn)一步分離出包含大尺度低頻細(xì)節(jié)成份的有用信號(hào)。對(duì)礦集區(qū)強(qiáng)干擾測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了二次信噪分離處理，對(duì)比分析了組合廣義形態(tài)濾波和二次信噪分離方法的卡尼亞電阻率-相位測(cè)深曲線的改善情況，綜合評(píng)價(jià)了兩種方法在保留低頻緩變化信息方面的優(yōu)勢(shì)，以及對(duì)大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)質(zhì)量的改

7、善效果。
　　通過(guò)以上五個(gè)方面的研究表明，基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的大地電磁強(qiáng)干擾分離方法有效地剔除了大地電磁強(qiáng)干擾中的大尺度干擾和基線漂移，較好地還原了大地電磁原始信號(hào)特征，改善了大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)質(zhì)量。由于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運(yùn)算速度快，具有潛在優(yōu)勢(shì)，為礦集區(qū)海量大地電磁信號(hào)與強(qiáng)干擾的分離提供了一條新的解決途徑，應(yīng)用前景廣闊。
　　最后，總結(jié)了全文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)，討論了數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)在大地電磁強(qiáng)干擾分離中的不足之處，并對(duì)下一步研究工作的開(kāi)展提