一种基于B样条抽道的时间域电磁数据甚低频噪声压制方法

技术特征：
1.一种基于b样条抽道的时间域电磁数据甚低频噪声压制方法，其特征在于，该方法包括：a、读取时间域电磁系统测量的时间域电磁z分量数据，截取off-time段衰减曲线，根据衰减曲线长度设定抽道窗宽及道数；b、读取时间域电磁系统同一地点关闭发射机测量的z分量噪声数据，对z分量噪声数据进行傅里叶变换获取甚低频噪声的中心频率；c、利用b样条基函数构建单一道抽道初始模型，根据衰减曲线特性设定模型阶数；d、定义单一道抽道初始模型的节点向量中首节点区间间隔和尾节点区间间隔与该道抽道窗宽的比值为自变量，设定比值的取值范围，单一道抽道初始模型中的每一个比值都对应一个b样条抽道方案，其中抽道宽度为步骤1中的设定的抽道宽度；e、计算步骤d中各比值对应、b样条抽道方案的幅频响应及其零点；f、根据步骤b得到的中心频率设定甚低频噪声的频率范围，统计幅频响应的零点落入甚低频噪声频率范围的比值个数；g、对于比值个数不为零的抽道方案，选择在所有甚低频噪声中心频率下频率响应振幅总和减少最大的比值，该比值所对应抽道方案作为该道最终b样条抽道方案；h、循环步骤c-g直至完成所有步骤1中设定的道数的b样条抽道方案的构建，对步骤a中截取的衰减曲线进行抽道处理。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a所述的截取off-time段衰减曲线，根据衰减曲线长度设定抽道窗宽及道数需要根据时间域电磁数据的发射电流的关断零点作为off-time段起始点开始截取衰减曲线，各抽道窗宽满足近似等对数间隔，相邻道包含重叠。3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b所述的对z分量噪声数据进行傅里叶变换获取甚低频噪声的中心频率具体为：根据世界各国军用甚低频长波电台的频率信息来确定z分量噪声频谱中包含的能量较高的甚低频噪声中心频率。4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c所述的利用b样条基函数构建单一道抽道初始模型计算过程如下：设u是k 1个非递减数的集合，u0≤u1≤
…
≤u
i
≤
…
≤u
k
，u
i
称为节点，集合u称为节点向量，半开区间[u
i
,u
i 1
)是第i个节点区间；所有b样条基函数被假设定义域在[u0,u
k
)上，根据cox-de boor递推公式，第i个p阶b样条基函数b
i,p
(t)定义如下：(t)定义如下：基函数b
i,p
(t)将由p 1个0阶基函数构成，即b
i,p
(t)是通过b
i,0
(t),b
i 1,0
(t),
…
,b
i p,0
(t)计算得到的，节点区间分别为[u
i
,u
i 1
),[u
i
,u
i 1
),
…
,[u
i p
,u
i p 1
)，基函数b
i,p
(t)在区间[u
i p
,u
i p 1
)上非零，当i＝0且所有节点均为简单节点时，p阶b样条基函数b
i,0
(t)定义于p 1个连续无重叠的节点区间[u0,u1),[u1,u2),
…
,[u
p
,u
p 1
)，此时k＝p 1；单个抽道时间间隔内采集的信号实时分解为局部二阶多项式，对于某抽道区间内的n个采样点，其多项式系数计算如下：
式中，c
p
为抽道区间内的p阶多项式系数，x[n]为抽道区间内的采样点，零阶多项式为该道间隔内采集信号的平均值，采用2阶b样条基函数作为抽道窗函数，即p＝2，节点向量u由4个节点组成，u＝[u0,u1,u2,u3]
t
；抽道过程用离散时间加权平均滤波器的形式表示如下：其中，滤波器的输出y[n]表示抽道结果，输入x[n]表示抽道间隔内时间域电磁数据的采样点，w
k
表示用于平均的加权系数，n
w
是归一化系数，定义为二阶b样条基函数如下式：5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤d所述的首节点区间间隔和尾节点区间间隔与该道抽道窗宽的比值计算如下：比值r的选取范围为[1％,50％)。6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤e所述的b样条抽道方案的幅频响应表达式如下：其中，角频率ω表示为ω＝2πf/f
s
，f为频率，f
s
为采样率，则幅频响应的零点表示为：z＝findpeaks(-|h(e
jω
)|)其中z表示比值r对应幅频响应的零点，findpeaks表示matlab函数，该函数会返回一个带有输入信号局部最大值的向量，通过对幅频响应的幅度绝对值取负数并返回局部峰值来获得零点。7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤f所述的根据步骤b得到的甚低频噪声中心频率，设[f
i-500,f
i
500]为第i个甚低频噪声频率范围，当零点在该频率范围内时，将其记录为1，并计算其总和：
其中f
i
表示第i个甚低频噪声的中心频率，i＝1,2,
…
,n
v
；n
v
是探测得知的中心频率的数量。8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤g所述的对于比值个数不为零的抽道方案，计算其在甚低频中心频率处的频率响应幅值的累加和，选取累加和绝对值最大比值，表达式如下：当不同的比值具有相同的幅度缩减时，选择最小比值作为b样条抽道的最终参数，以保持b样条在对数尺度上的对称性。9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤h所述的循环道数由步骤a中衰减曲线长度和抽道窗宽决定，各道独立完成。

技术总结
本发明为一种基于B样条抽道的时间域电磁数据甚低频噪声压制方法。读取时间域电磁系统关发射采集的z分量噪声数据，频谱分析以获取甚低频噪声的中心频率；基于B样条基函数构建时间域电磁数据衰减曲线的抽道方案，根据衰减曲线特性设定模型阶数及节点向量；计算B样条抽道方案的幅频响应，优化B样条节点向量使得幅频响应的零点位于甚低频噪声的中心频率附近，通过降低抽道方案在甚低频噪声中心频率附近频率响应的幅度，有针对性地压制甚低频噪声。针对甚低频噪声对时间域电磁信号的干扰问题，设计频率响应可调控的抽道方案，既保证了时间域电磁信号的提取，又能提高对甚低频噪声的压制，同时避免了外部滤波器引入的电磁信号失真。失真。失真。


技术研发人员：朱凯光 彭聪 范天姣 杨洋
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2022.03.03
技术公布日：2022/7/29