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专利号: 2019108099094
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种适用于质子磁旋进信号的噪声抑制方法,基于一种适用于质子磁旋进信号的噪声抑制系统实现,所述适用于质子磁旋进信号的噪声抑制系统包括:动态核极化弱磁传感器、激励电路、调谐电路、放大电路、窄带滤波电路、比较电路、采集器、FPGA和控制器,动态核极化传感器接收激励电路发出的激励信号,感应出质子磁旋进信号,并传递给调谐电路,调谐电路对信号进行调谐后,传递给放大电路,放大电路对信号进行放大后,将其分别传递给窄带滤波电路、比较电路以及采集器,窄带滤波器对信号进行带通滤波去除中心频带外的噪声后,将其传输给比较电路,比较电路对窄带滤波器处理后的信号进行整形成方波后,将其传递给FPGA进行后期信号处理,采集器与控制器连接,进行数据的采集与处理,控制器与激励电路连接,控制激励信号的开启与关闭,控制器与FPGA连接,FPGA对整形成方波后的质子磁旋进信号进行频率测量,并将所测量的频率值转化为磁场值,控制器与窄带滤波器相连接,调整其窄带中心频率;

其特征在于,包括步骤:

S1、不激励传感器,输出夹杂背景干扰和仪器本底干扰的噪声信号;

S2、利用采集器采集所述噪声信号,生成第一离散数据;

S3、根据所述第一离散数据构建第一空间矩阵m,并采用Cholesky算法求取所述第一空间矩阵m的协方差以及相应权重;

S4、激励传感器以输出质子磁旋进信号,激励完成后等待预设时间,利于排除电路振荡所产生的干扰,利用采集器采集所述质子磁旋进信号,生成第二离散数据;

S5、根据所述第二离散数据构建第二空间矩阵y=[y1,y2,…,yn],将所述第一空间矩阵‑1 T

m进行逆变换,并与第二空间矩阵y的转置进行乘法运算,得到第三空间矩阵M:M=L ·y ,L为下三角矩阵,此时,M即为预白噪声化后的质子磁旋进信号;

S6、采用SVD算法对所述第三空间矩阵M进行奇异值分解以进一步剔除所述第三空间矩阵M所对应信号中的噪声,获得重构数据,此时所述重构数据即为去除噪声后的质子磁旋进信号,将所述重构数据通过控制器输入到窄带滤波器,以进一步抑制中心频带外干扰,达到噪声抑制的目的,然后将窄带滤波后的信号传输给比较电路转化为方波,利用FPGA测量方波信号的频率,并将所测量的频率值转化为磁场值。

2.根据权利要求1所述的一种适用于质子磁旋进信号的噪声抑制方法,其特征在于,步骤S3具体包括:

S31、不激励传感器产生噪声信号后,经过放大电路对其进行放大,然后利用采集器对其进行记录,得到第一离散数据x=[x1,x2,…,xn];

S32、构建新的第一空间矩阵m:

T

S33、采用Cholesky算法求取一个对角元为正数的下三角矩阵L,以满足条件:m=LL。

3.根据权利要求1所述的一种适用于质子磁旋进信号的噪声抑制方法,其特征在于,步骤S6具体包括:

S61、根据所述第三空间矩阵M=[M1,M2,…,Mn],构建新的空间矩阵A:T

S62、对上述公式做SVD,则有A=USV,式中,U为m×m阶的正交矩阵,S为m×n的对角矩阵,V为n×n阶的正交矩阵,A进行分解:式中,A1为无噪声干扰时时序构成的矩阵,A2为噪声构成的矩阵,得到降噪后时序构成T

的质子磁旋进信号矩阵A1=U1S1V1 ,将上述信号进一步输入到程控窄带滤波器,以进一步滤除质子磁旋进信号中心频带外的噪声信号,然后将窄带滤波后的信号传输给比较电路转化为方波,利用FPGA测量方波信号的频率,并将所测量的频率值转化为磁场值。

4.根据权利要求1所述的一种适用于质子磁旋进信号的噪声抑制方法,其特征在于,所述控制器用于控制采集器,采集未驱动激励电路时的环境噪声和仪器本底噪声,生成第一离散数据;根据所述第一离散数据构建第一空间矩阵,并采用Cholesky算法求取所述第一空间矩阵的协方差以及相应权重;控制器还用于驱动激励电路激励传感器输出质子磁旋进信号,激励完成后等待预设时间,驱动采集器采集所述质子磁旋进信号,生成第二离散数据;根据所述第二离散数据构建第二空间矩阵,将所述第一空间矩阵进行逆变换,并与第二空间矩阵进行乘法运算,得到第三空间矩阵;利用SVD算法对所述第三空间矩阵进行奇异值分解以进一步剔除噪声,获得重构质子磁旋进信号。

5.根据权利要求1所述的一种适用于质子磁旋进信号的噪声抑制方法,其特征在于,所述调谐电路用于在控制器的驱动下将与所述传感器并联的调谐电容的容值由零切换至测量环境下对应质子磁旋进信号频率的理论调谐电容值;放大电路用于在未激励传感器时,将环境噪声和仪器本底噪声进行放大,用于所述采集器采集;其还用于激励传感器完成后等待预设时间,将质子磁旋进信号进行放大,用于所述采集器采集;窄带滤波电路用于以调谐电容值所对应的频率作为中心频率对放大后的质子磁旋进信号进行滤波,用于比较电路整形;比较电路用于将滤波后的重构质子磁旋进信号进行整形成方波,用于所述FPGA进行频率测量,并将所测量的频率值转化为磁场值。

6.根据权利要求1所述的一种适用于质子磁旋进信号的噪声抑制方法,其特征在于,所述采集器用于在控制器的驱动下,采集未驱动激励电路时的环境噪声和仪器本底噪声,生成第一离散数据;其还用于在控制器的驱动下,采集驱动激励电路后的质子磁旋进信号,生成第二离散数据。

7.根据权利要求1所述的一种适用于质子磁旋进信号的噪声抑制方法,其特征在于,所述激励电路用于在控制器的驱动下激励传感器输出质子磁旋进信号;FPGA用于在所述控制器的驱动下测量重构质子磁旋进信号的频率值,并将所测量的频率值转化为磁场值。