一种地质勘探用瞬变电磁信号处理方法、装置及存储介质

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种地质勘探用瞬变电磁信号处理方法、装置及存储介质。

背景技术：

瞬变电磁法是一种利用不接地回线向地下发射脉冲式电磁场，用线圈观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的电磁场的空间和时间分布，从而来解决有关地质问题的时间域电磁法。地下介质中产生的过渡过程的感应电磁场(一次场)在导电介质内产生的结构和频率在时间与空间上均连续变化的涡旋交变电磁场为二次场，二次场的强弱、方向、分布规律以及与一次场的相位关系，除取决于导电介质的电磁性质、大小、产状等因素外，还和一次场的强度、频率、一次场与导体间的感应耦合关系等条件有关。

二次场按过渡过程可分为过程的早期信号和晚期信号两个阶段，二次场的信号往往比较弱，很容易被干扰，导致其中的晚期信号更加难以被捕捉到。常见的信号处理方法着重于对二次场的去噪，然而，二次场中的干扰并不能完全消除干扰，等到其中的晚期信号到来时，信号的衰弱依旧非常明显，无法保证获取完整有效的二次场信号，也就无法进行有效的地质问题分析。综上，如何进行高效地扩展二次场信号是亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种地质勘探用瞬变电磁信号处理方法、装置及存储介质，用以解决如何进行高效地扩展二次场信号的问题。

本发明提供一种地质勘探用瞬变电磁信号处理方法，包括：

获取瞬变电磁信号；

根据所述瞬变电磁信号的分段处理，确定对应的二次场部分信号；

根据所述二次场部分信号的线性度，选取对应的二次场理想数据段；

在对数坐标下对所述二次场理想数据段进行线性拟合；

根据所述二次场理想数据段的线性拟合结果，确定所述二次场部分信号的扩展晚期信号，其中，所述扩展晚期信号的时间起点与所述二次场部分信号的时间终点一致。

进一步地，所述瞬变电磁信号的分段处理的结果依次包括一次场部分信号、一次场和二次场混合信号以及所述二次场部分信号，所述根据所述瞬变电磁信号的分段处理，确定对应的二次场部分信号包括：

根据所述瞬变电磁信号在对数坐标系下的直线斜率差异，确定直线斜率变化的第一变化点、第二变化点；

将所述瞬变电磁信号的时间起点作为所述一次场部分信号的时间起点，所述第一变化点作为所述一次场部分信号的时间终点，确定所述一次场部分信号；

将所述第一变化点作为所述一次场和二次场混合信号的时间起点，所述第二变化点作为所述一次场和二次场混合信号的时间终点，确定所述一次场和二次场混合信号；

将所述第二变化点作为所述二次场部分信号的时间起点，所述瞬变电磁信号的时间终点作为所述一次场部分信号的时间终点，确定所述二次场部分信号。

进一步地，所述根据所述瞬变电磁信号在对数坐标系下的直线斜率差异，确定直线斜率变化的第一变化点、第二变化点包括：

对所述瞬变电磁信号进行周期性采样，确定多个采样点；

根据每个所述采样点与相邻采样点之间的直线斜率，确定每个所述采样点对应的所述直线斜率差异；

将每个所述采样点对应的所述直线斜率差异进行比较，根据比较结果确定所述第一变化点、所述第二变化点。

进一步地，所述根据所述瞬变电磁信号在对数坐标系下的直线斜率差异，确定直线斜率变化的第一变化点、第二变化点还包括：根据人工在所述瞬变电磁信号中的选取结果，确定所述第一变化点、所述第二变化点。

进一步地，所述根据所述二次场部分信号的线性度，选取对应的二次场理想数据段包括：

对所述二次场部分信号进行周期性采样，确定多个采样点；

将每个所述采样点作为截取起点，根据预设的截取长度，确定每个所述采样点作为所述截取起点对应形成的截取信号；

计算每个所述截取信号的线性度；

根据线性度最小的所述截取信号，确定对应的所述二次场理想数据段。

进一步地，所述在对数坐标下对所述二次场理想数据段进行线性拟合包括：

将所述二次场理想数据段转换至对数坐标下，确定所述二次场理想数据段中每个数据点对应的归一化数据值；

根据所述二次场理想数据段的时间起点、所述二次场理想数据段的时间终点以及所述归一化数据值进行线性拟合，确定对数坐标下的线性拟合方程。

进一步地，所述根据所述二次场理想数据段的线性拟合结果，确定所述二次场部分信号的扩展晚期信号包括：

将所述二次场部分信号的时间终点作为所述扩展晚期信号的时间起点；

根据所述扩展晚期信号的时间起点和预设扩展时长，确定所述扩展晚期信号的时间终点；

根据所述扩展晚期信号的时间起点、所述扩展晚期信号的时间终点以及所述线性拟合方程，确定所述扩展晚期信号。

本发明还提供一种瞬变电磁信号处理装置，包括：

获取单元，用于获取瞬变电磁信号；

处理单元，用于根据所述瞬变电磁信号的分段处理，确定对应的二次场部分信号；还用于根据所述二次场部分信号的线性度，选取对应的二次场理想数据段；还用于在对数坐标下对所述二次场理想数据段进行线性拟合；

扩展单元，用于根据所述二次场理想数据段的线性拟合结果，确定所述二次场部分信号的扩展晚期信号，其中，所述扩展晚期信号的时间起点与所述二次场部分信号的时间终点一致。

本发明还提供一种瞬变电磁信号处理装置，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上所述的地质勘探用瞬变电磁信号处理方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机该程序被处理器执行时，实现如上所述的地质勘探用瞬变电磁信号处理方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：首先，进行瞬变电磁信号的有效获取；然后，通过瞬变电磁信号进行分段，根据一次场和二次场的分布关系，进行有效的信号分段处理，以便确定其中的二次场部分信号；进而，利用二次场部分信号的线性度，判断其对应的线性关系，一般而言，线性度越小，说明和拟合直线的偏差越小，选取对应的二次场理想数据段，以确定和拟合直线偏差小的信号段，即受干扰比较小的信号段；进而，在对数坐标下，对二次场部分信号的理想区段进行线性拟合，在晚期信号受到干扰或者信号本身较弱时，可以极大的提高信号的信噪比；最后，利用二次场理想数据段的线性拟合结果，对二次场部分信号的进行有效的扩展，避免二次场部分信号因受干扰太强而无法获取其相关的晚期信号，通过二次场理想数据段的拟合，能有效且准确地还原出其晚期信号，进行对应的扩展，即可得到完整的信号信息。综上，本发明在对数坐标下，对二次场部分信号的理想区段进行线性拟合，在晚期信号受到干扰或者信号本身较弱时，可以极大的提高信号的信噪比；除此之外，对二次场部分信号的理想区段进行线性拟合，算法模型简单，计算量少，可以快速完成计算，减少了算法复杂度，保证快速准确地对二次场部分信号的晚期信号进行扩展，极大地提高了瞬变电磁信号的完整性和高效性。此外，本发明提供的地质勘探用瞬变电磁信号处理方法算法简单，对硬件设备的计算能力要求并不严苛，不仅可以用pc机、也可以用于算力较弱的嵌入式系统设备，大大提高了算法的实用性。

附图说明

图1为本发明提供的地质勘探用瞬变电磁信号处理方法的流程示意图；

图2为本发明提供的确定二次场部分信号的流程示意图；

图3为本发明提供的确定第一变化点和第二变化点的流程示意图；

图4为本发明提供的选取二次场理想数据段的流程示意图；

图5为本发明提供的对二次场理想数据段进行线性拟合的流程示意图；

图6为本发明提供的确定扩展晚期信号的流程示意图；

图7为本发明提供的信号分段的信号示意图；

图8为本发明提供的扩展晚期信号的信号示意图；

图9为本发明提供的瞬变电磁信号处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明实施例提供了一种地质勘探用瞬变电磁信号处理方法，结合图1来看，图1为本发明提供的地质勘探用瞬变电磁信号处理方法的流程示意图，上述地质勘探用瞬变电磁信号处理方法包括步骤s1至步骤s5，其中：

在步骤s1中，获取瞬变电磁信号；

在步骤s2中，根据瞬变电磁信号的分段处理，确定对应的二次场部分信号；

在步骤s3中，根据二次场部分信号的线性度，选取对应的二次场理想数据段；

在步骤s4中，在对数坐标下对二次场理想数据段进行线性拟合；

在步骤s5中，根据二次场理想数据段的线性拟合结果，确定二次场部分信号的扩展晚期信号，其中，扩展晚期信号的时间起点与二次场部分信号的时间终点一致。

在本发明实施例中，首先，进行瞬变电磁信号的有效获取；然后，通过瞬变电磁信号进行分段，根据一次场和二次场的分布关系，进行有效的信号分段处理，以便确定其中的二次场部分信号；进而，利用二次场部分信号的线性度，判断其对应的线性关系，一般而言，线性度越小，说明和拟合直线的偏差越小，选取对应的二次场理想数据段，以确定和拟合直线偏差小的信号段，即受干扰比较小的信号段；进而，在对数坐标下，对二次场信号的理想区段进行线性拟合，在晚期信号受到干扰或者信号本身较弱时，可以极大的提高信号的信噪比；最后，利用二次场理想数据段的线性拟合结果，对二次场部分信号的进行有效的扩展，避免二次场部分信号因受干扰太强而无法获取其相关的晚期信号，通过二次场理想数据段的拟合，能有效且准确地还原出其晚期信号，进行对应的扩展，即可得到完整的信号信息。

优选地，结合图2来看，图2为本发明提供的确定二次场部分信号的流程示意图，上述步骤s2包括步骤s21至步骤s24，其中：

在步骤s21中，根据瞬变电磁信号在对数坐标系下的直线斜率差异，确定直线斜率变化的第一变化点、第二变化点；

在步骤s22中，将瞬变电磁信号的时间起点作为一次场部分信号的时间起点，第一变化点作为一次场部分信号的时间终点，确定一次场部分信号；

在步骤s23中，将第一变化点作为一次场和二次场混合信号的时间起点，第二变化点作为一次场和二次场混合信号的时间终点，确定一次场和二次场混合信号；

在步骤s24中，将第二变化点作为二次场部分信号的时间起点，瞬变电磁信号的时间终点作为一次场部分信号的时间终点，确定二次场部分信号。

作为具体实施例，本实施例根据直线斜率差异确定直线斜率变化最大的第一变化点、第二变化点，以第一变化点和第二变化点为分界点，将瞬变电磁信号划分为三段，以此有效地区分一次场部分信号、一次场和二次场混合信号、二次场部分信号。

优选地，结合图3来看，图3为本发明提供的确定第一变化点和第二变化点的流程示意图，上述步骤s21还包括步骤s211至步骤s213，其中：

在步骤s211中，对瞬变电磁信号进行周期性采样，确定多个采样点；

在步骤s212中，根据每个采样点与相邻采样点之间的直线斜率，确定每个采样点对应的直线斜率差异；

在步骤s213中，将每个采样点对应的直线斜率差异进行比较，根据比较结果确定第一变化点、第二变化点。

作为具体实施例，本实施例利用多个采样点进行比较直线斜率，当两个相邻的采样点之间的斜率变化较大，也就是直线斜率差异较大时，说明该采样点对应信号变化点，即第一变化点、第二变化点，根据直线斜率进行信号变化的判断，以便对3个区段进行区分，形成对应的一次场部分信号、一次场和二次场混合信号、二次场部分信号。

优选地，上述确定第一变化点、第二变化点还包括：根据人工在瞬变电磁信号中的选取结果，确定第一变化点、第二变化点。作为具体实施例，本实施例可根据瞬变电磁信号在对数坐标下直线斜率的差异，人工确定第一变化点、第二变化点，以此区分出3个区段，确定3个区段的时间起点和终点，即形成了一次场部分信号、一次场和二次场混合信号、二次场部分信号。

优选地，结合图4来看，图4为本发明提供的选取二次场理想数据段的流程示意图，上述步骤s3还包括步骤s31至步骤s34，其中：

在步骤s31中，对二次场部分信号进行周期性采样，确定多个采样点；

在步骤s32中，将每个采样点作为截取起点，根据预设的截取长度，确定每个采样点作为截取起点对应形成的截取信号；

在步骤s33中，计算每个截取信号的线性度；

在步骤s34中，根据线性度最小的截取信号，确定对应的二次场理想数据段。

作为具体实施例，本实例通过将多个不同的采样点作为起点，循环计算对应形成的截取信号的线性度，将其中线性度最小的截取信号，即与拟合直线误差最小的信号段，线性度最小，说明该段截取信号的受干扰程度最小、最为理想，作为二次场理想数据段进行相应的拓展，保证后续扩展晚期信号的有效性。

优选地，结合图5来看，图5为本发明提供的对二次场理想数据段进行线性拟合的流程示意图，上述步骤s4包括步骤s41至步骤s42，其中：

在步骤s41中，将二次场理想数据段转换至对数坐标下，确定二次场理想数据段中每个数据点对应的归一化数据值；

在步骤s42中，根据二次场理想数据段的时间起点、二次场理想数据段的时间终点以及归一化数据值进行线性拟合，确定对数坐标下的线性拟合方程。

作为具体实施例，本实例在对数坐标下对二次场理想数据段进行扩展，利用了对数坐标极大的提高信号的信噪比，同时利用每个构成二次场理想数据段的数据点的在对数坐标系中的归一化数据值，减少数据冗余，以此进行有效的线性拟合，从而确定该二次场理想数据段对应形成的线性拟合方程。需要说明的是，本发明实施例中的通过二次场理想数据段的时间起点和时间终点之间的归一化数据值确定线性拟合方程的拟合方式包括但不限于多项式曲线拟合、高斯拟合、幂指数拟合。

优选地，结合图6来看，图6为本发明提供的确定扩展晚期信号的流程示意图，上述步骤s5包括步骤s51至步骤s53，其中：

在步骤s51中，将二次场部分信号的时间终点作为扩展晚期信号的时间起点；

在步骤s52中，根据扩展晚期信号的时间起点和预设扩展时长，确定扩展晚期信号的时间终点；

在步骤s53中，根据扩展晚期信号的时间起点、扩展晚期信号的时间终点以及线性拟合方程，确定扩展晚期信号。

作为具体实施例，本实例将扩展晚期信号的时间起点、扩展晚期信号的时间终点带入线性拟合方程，即可有效确定二次场部分信号对应的扩展晚期信号，保证信号的完整性。

在本发明一个具体的实施例中，结合图7、图8来看，图7为本发明提供的信号分段的信号示意图，图8为本发明提供的扩展晚期信号的信号示意图，其中，在图7中，将通过向地下发射脉冲式电磁场后所接收的信号分段，第一变化点是1000s处的信号点，第二变化点是2200s处的信号点，以第一变化点、第二变化点为分界线，划分成3个区间，即第1段：一次场部分信号，第2段：一次场和二次场混合信号，第3段：二次场部分信号，进而在第3段的二次场部分信号中，选取线性度最小的第4段：二次场理想数据段。在图8中，在选取好二次场理想数据段(第4段)后，对二次场理想数据段(对应于图8中的理想二次信号)进行线性拟合，得到对应的线性拟合方程，将二次场理想数据段的时间终点作为扩展晚期信号的时间起点，根据预设的扩展晚期信号的时长，确定扩展晚期信号的时间终点，最后将扩展晚期信号的时间起点和时间终点带入线性拟合方程，即可有效确定扩展晚期信号的任意信号点。得到图8中的扩展晚期信号后，即通过该信号对地质情况作出更为全面的分析和判断。

实施例2

本发明实施例提供了一种瞬变电磁信号处理装置，结合图9来看，图9为本发明提供的瞬变电磁信号处理装置的结构示意图，上述瞬变电磁信号处理装置900包括：

获取单元901，用于获取瞬变电磁信号；

处理单元902，用于根据瞬变电磁信号的分段处理，确定对应的二次场部分信号；还用于根据二次场部分信号的线性度，选取对应的二次场理想数据段；还用于在对数坐标下对二次场理想数据段进行线性拟合；

扩展单元903，用于根据二次场理想数据段的线性拟合结果，确定二次场部分信号的扩展晚期信号，其中，扩展晚期信号的时间起点与二次场部分信号的时间终点一致。

实施例3

本发明实施例提供了一种瞬变电磁信号处理装置，包括处理器以及存储器，存储器上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的地质勘探用瞬变电磁信号处理方法。

实施例4

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机该程序被处理器执行时，实现如上所述的地质勘探用瞬变电磁信号处理方法。

本发明公开了一种地质勘探用瞬变电磁信号处理方法、装置及存储介质，首先，进行瞬变电磁信号的有效获取；然后，通过瞬变电磁信号进行分段，根据一次场和二次场的分布关系，进行有效的信号分段处理，以便确定其中的二次场部分信号；进而，利用二次场部分信号的线性度，判断其对应的线性关系，一般而言，线性度越小，说明和拟合直线的偏差越小，选取对应的二次场理想数据段，以确定和拟合直线偏差小的信号段，即受干扰比较小的信号段；进而，在对数坐标下，对二次场部分信号的理想区段进行线性拟合，在晚期信号受到干扰或者信号本身较弱时，可以极大的提高信号的信噪比；最后，利用二次场理想数据段的线性拟合结果，对二次场部分信号的进行有效的扩展，避免二次场部分信号因受干扰太强而无法获取其相关的晚期信号，通过二次场理想数据段的拟合，能有效且准确地还原出其晚期信号，进行对应的扩展，即可得到完整的信号信息。

本发明技术方案，采用在对数坐标下，对二次场部分信号的理想区段进行线性拟合，在晚期信号受到干扰或者信号本身较弱时，可以极大的提高信号的信噪比；除此之外，对二次场部分信号的理想区段进行线性拟合，算法模型简单，计算量少，可以快速完成计算，减少了算法复杂度，保证快速准确地对二次场部分信号的晚期信号进行扩展，极大地提高了瞬变电磁信号的完整性和高效性。此外，本发明提供的地质勘探用瞬变电磁信号处理方法算法简单，对硬件设备的计算能力要求并不严苛，不仅可以用pc机、也可以用于算力较弱的嵌入式系统设备，大大提高了算法的实用性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。