一种强干扰环境下充电法数据去噪方法及系统

本发明涉及地球物理电磁勘探，具体涉及一种强干扰环境下充电法数据去噪方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、充电法是一种向矿体或含水层等良导体充电，通过观测其充电场的空间分布来了解目标良导体规模大小、赋存状态乃至运动状态(目标良导体为地下水等流动导体时)的方法。充电法的观测方式主要有电位法、电位梯度法、追索等位线法三种。通常情况下，充电法以方波进行信号激发，两个供电电极分别位于测区内和无穷远位置。通过电位观测(测量测区内测点与无穷远位置间的电位差)和电位差观测(测量测区内两测点间的电位差)进行数据获取，利用相对少量的电位数据结合相对大量的电位差数据，结合电位差与电位之间的数学物理关系获取全测区内所有测点的电位信息，进而绘制测区电位分布图。在实际野外工作中，可以采用电位差数据观测来代替电位数据观测，发射端固定，通过布设多个测点，依次在所述多个测点上接收数据，计算这些测点与发射端所在位置之间的电位差，不仅能够获取分辨力强的梯度曲线，还能通过电位差推算测区电位分布，装置轻便，且便于实现。

3、然而，在充电法的应用过程中，总会受到各种电磁噪声干扰的影响，在强干扰环境下更甚，导致无法从采集到的数据中正确提取电位差信息，电位差信息错误将导致后续推算也发生错误，而现有操作规程与相关文献大多仅提及充电法数据质量的评价方法，鲜有涉及针对受到较强干扰的充电法数据进行处理，提取可用电位差信息的方法或手段。

技术实现思路

1、本发明提出一种强干扰环境下充电法数据的自动化去噪处理方法，针对受到较强干扰的充电法数据进行处理，进而实现有效的噪声压制，提高数据信噪比，并从中提取出相对真实准确的电位差值。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

3、一种强干扰环境下充电法数据去噪方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、获取发射端发射的发射数据和接收端接收到的响应数据；

5、根据所述发射数据和响应数据起始时刻之间的时间差，确定目标电位差在主周期中的位置范围；

6、对于所述响应数据，按照发射数据波形的主周期长度划分为多个主周期段，将所述多个主周期段进行叠加并计算平均值，得到叠加后的主周期段；

7、根据阶跃检测函数，对叠加后的主周期段进行阶跃识别，结合目标电位差所在位置范围确定目标电位差阶跃的位置；

8、根据所述目标电位差阶跃前后的电位数据，计算目标电位差值。

9、进一步地，设发射数据和响应数据起始时刻之间的时间差δt，发射数据波形的主周期长度为l，目标电位差在主周期中的理论位置为：

10、

11、根据所述理论位置向前后延伸一定时间段，得到目标电位差在主周期中的位置范围。

12、进一步地，所述阶跃检测函数根据发射数据波形的主周期长度l创建，具体为：

13、

14、进一步地，对叠加后的主周期段进行阶跃识别包括：

15、对叠加后的主周期段进行双向延拓；

16、根据阶跃检测函数，对经双向延拓的叠加后的主周期段进行阶跃识别，得到阶跃检测结果；

17、将所述阶跃检测结果两端与双向延拓相对应的部分，得到阶跃指示函数，所述阶跃指示函数的波峰即对应叠加后的主周期段中的阶跃位置。

18、进一步地，对经双向延拓的叠加后的主周期段进行阶跃识别包括：

19、将经双向延拓的叠加后的主周期段与所述阶跃检测函数进行卷积运算；

20、计算卷积运算结果与其均值差值的绝对值，得到阶跃检测结果。

21、进一步地，结合目标电位差所在位置范围确定目标电位差阶跃的位置包括：

22、根据所述阶跃指示函数的波峰，确定叠加后的主周期段中一个或多个阶跃位置；

23、将位于所述位置范围中的幅值最大的波峰，记为目标电位差阶跃所在的位置。

24、进一步地，计算电位差值包括：

25、以目标电位差阶跃所在的位置为中心，分别取左右两侧距离所述中心设定时长的位置，作为目标采样点；

26、分别在两个所述目标采样点的周边获取多个数据点，并计算平均值，得到所述目标电位差阶跃前后的电位平均值；

27、将所述目标电位差阶跃前后的电位平均值作差，得到目标电位差值。

28、一个或多个实施例提供了一种强干扰环境下充电法数据去噪系统，包括：

29、数据获取模块，用于获取发射端发射的发射数据和接收端接收到的响应数据；

30、位置范围确定模块，用于根据所述发射数据和响应数据起始时刻之间的时间差，确定目标电位差在主周期中的位置范围；

31、周期叠加模块，用于对于所述响应数据，按照发射数据波形的主周期长度划分为多个主周期段，将所述多个主周期段进行叠加并计算平均值，得到叠加后的主周期段；

32、阶跃位置确定模块，用于根据阶跃检测函数，对叠加后的主周期段进行阶跃识别，结合目标电位差所在位置范围确定目标电位差阶跃的位置；

33、电位差值计算模块，用于根据所述目标电位差阶跃前后的电位数据，计算目标电位差值。

34、一个或多个实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的强干扰环境下充电法数据去噪方法。

35、一个或多个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，该程序被处理器执行时实现所述的强干扰环境下充电法数据去噪方法。

36、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

37、通过将接收到的响应数据按照周期进行叠加，能够压制接收数据中的各类随机噪声，相对增强目标电位差在数据中的占比，有助于后续对于目标电位差的准确识别，保障了目标电位差值的准确性。

38、在阶跃检测阶段，通过对主周期段进行双向延拓，能够消除阶跃检测中的边界效应，避免后续阶跃指示函数中出现干扰性波峰，提高了目标电位差识别的准确性。

39、获取了目标电位差阶跃位置之后，在阶跃位置前后分别取采样点，每个采样点均获取周围多个电位数据，求均值得到阶跃位置前后的电位数据，再计算电位差值，相对于以某个点值作为阶跃位置前后的电位数据，准确率更高，并且提高了强干扰环境下充电法数据的利用率。

40、本申请能够有效压制数据中的噪声，提高数据的信噪比，能够广泛应用于强干扰环境下的充电法勘探。并且，预先输入所需参数后即不再需要人工参与，可以由计算机软件进行全部操作，有利于快速、自动处理大大批量充电法数据。

技术特征：

1.一种强干扰环境下充电法数据去噪方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的强干扰环境下充电法数据去噪方法，其特征在于，设发射数据和响应数据起始时刻之间的时间差δt，发射数据波形的主周期长度为l，目标电位差在主周期中的理论位置为：

3.如权利要求1所述的强干扰环境下充电法数据去噪方法，其特征在于，所述阶跃检测函数根据发射数据波形的主周期长度l创建，具体为：

4.如权利要求3所述的强干扰环境下充电法数据去噪方法，其特征在于，对叠加后的主周期段进行阶跃识别包括：

5.如权利要求4所述的强干扰环境下充电法数据去噪方法，其特征在于，对经双向延拓的叠加后的主周期段进行阶跃识别包括：

6.如权利要求4所述的强干扰环境下充电法数据去噪方法，其特征在于，结合目标电位差所在位置范围确定目标电位差阶跃的位置包括：

7.如权利要求6所述的强干扰环境下充电法数据去噪方法，其特征在于，计算电位差值包括：

8.一种强干扰环境下充电法数据去噪系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的强干扰环境下充电法数据去噪方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的强干扰环境下充电法数据去噪方法。

技术总结
本发明涉及地球物理电磁勘探技术领域，公开了一种强干扰环境下充电法数据去噪方法及系统，所述方法包括：获取发射端发射的发射数据和接收端接收到的响应数据；根据二者起始时刻之间的时间差，确定目标电位差在主周期中的位置范围；对于所述响应数据，按照发射数据波形的主周期长度划分为多个主周期段，将所述多个主周期段进行叠加并计算平均值，得到叠加后的主周期段；根据阶跃检测函数，对叠加后的主周期段进行阶跃识别，结合目标电位差所在位置范围确定目标电位差阶跃的位置；根据所述目标电位差阶跃前后的电位数据，计算目标电位差值。本发明针对受到较强干扰的充电法数据，能够有效压制噪声，提高数据信噪比，提取真实准确的电位差值。

技术研发人员：孙怀凤,周长宇,杨洋,朱裕振,柳尚斌,杨为民
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13