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

1、大地電磁強干擾分離技術(shù)一直是大地電磁測深領(lǐng)域的研究熱點和難點。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)境噪聲以及人類活動等因素造成的人文電磁噪聲日益嚴重，導(dǎo)致大地電磁測深數(shù)據(jù)受到嚴重污染，大地電磁測深工作面臨巨大困難?，F(xiàn)有的大地電磁強干擾分離方法在礦集區(qū)實際應(yīng)用和測試中表現(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深數(shù)據(jù)質(zhì)量，抑制噪聲干擾已成為當務(wù)之急。研

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

3、基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的思想，對大地電磁強干擾分離及應(yīng)用展開了分析，重點研究了傳統(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、中值濾波和信號子空間增強的大地電磁二次信噪分離方法。論文通過理論分析、模擬仿真以及實際應(yīng)用等手段，圍繞數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)開展大地電磁強干擾分離的研究工作。本文工作的主要貢獻和創(chuàng)新總結(jié)如下:
　　(1)研究了五種典型的大地電磁強干擾類型的特征規(guī)律，分析了礦集區(qū)主要的噪聲來源

4、。對一類點分別添加類方波干擾和類充放電三角波干擾，從時間域波形和卡尼亞電阻率測深曲線兩方面研究了典型噪聲干擾對大地電磁數(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)元素長度及類型的選取規(guī)律。
　　(3)針對V5-2000不直接提供讀取時間序列的軟件，剖析了該儀器的數(shù)據(jù)采集格式，實現(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、析了不同類型結(jié)構(gòu)元素及同一類型、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)濾波的大地電磁強干擾分離方法。在青海柴達木盆地開展了相關(guān)試驗研究，選取了具有一定代表性的試驗點進行組合廣義形態(tài)濾波處理。對比了時間域波形和卡尼亞電阻率-相位測深曲線的改善情況，分析了該方法對包含比較單一的噪聲干擾測點的去噪效果。對礦集區(qū)強干擾測點進行了組合廣義形態(tài)濾波處理，綜合評價了該方法對包含復(fù)雜噪聲干擾類型的

6、強干擾測點的噪聲抑制能力。
　　(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、中值濾波和信號子空間增強的大地電磁二次信噪分離方法。針對形態(tài)濾波提取的噪聲輪廓或重構(gòu)信號，進一步分離出包含大尺度低頻細節(jié)成份的有用信號。對礦集區(qū)強干擾測點進行了二次信噪分離處理，對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-相位測深曲線的改善情況，綜合評價了兩種方法在保留低頻緩變化信息方面的優(yōu)勢，以及對大地電磁測深數(shù)據(jù)質(zhì)量的改

7、善效果。
　　通過以上五個方面的研究表明，基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的大地電磁強干擾分離方法有效地剔除了大地電磁強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特征，改善了大地電磁測深數(shù)據(jù)質(zhì)量。由于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)運算速度快，具有潛在優(yōu)勢，為礦集區(qū)海量大地電磁信號與強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，討論了數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)在大地電磁強干擾分離中的不足之處，并對下一步研究工作的開展提