CN101107608A - 通过采样其它频率处的噪声估算一个频率处的噪声 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进信号S(t)的信噪比的方法、装置和计算机程序。所述S(t)包括“信号”和噪声。在感兴趣频率获得S(t)的测量结果。在预期S(t)的“信号”部分微弱的一个或一个以上噪声频率获得S(t)的噪声测量结果。使用在一个或一个以上噪声频率的噪声测量结果估算在感兴趣频率的噪声。从在感兴趣频率的S(t)测量结果中减去估算出的噪声。

Description

通过采样其它频率处的噪声估算一个频率处的噪声

【0001】本申请要求2005年2月16日提交的美国临时专利申请第60/653427号的权益和2005年2月18日提交的美国临时专利申请第60/654595号的权益。

背景技术

【0002】包括受控源电磁(CSEM)实验的电磁探测，是通过传送一种电磁信号，典型的是一种低频周期性波形到地表下，并测量电磁响应来进行的。Srnka的美国专利6603313号以及Srnka和Carazzone的美国专利公布2003/0050759号(PCT公布号WO03/025803)公开了使用CSEM测量结果勘探石油和燃气并描绘已知前景的方法。

【0003】图1示出了执行海洋CSEM勘测时包含的设备的例子，如图1图解说明的，天线105的一端附着到拖拽主体110上，所述主体经由海下拖拽线缆115下降到期望的水深度。拖拽主体110不只是拖拽线缆的锚点。它提供了一个容纳产生电磁源波必需的电元件的空间，且可能还包含通信系统，定位系统，声速测量装置，高度计等在勘测中有用的装置。一个附着到水面船只120上的绞盘(未示出)控制拖拽线缆115。

【0004】天线105是电磁场的传感器，用于CSEM勘测。海洋CSEM勘测一般使用水平电偶极子(HED)，HED是如下这样制造的。两根绝缘电线从一个能量发生器的两个输出终端延展，能量发生器能够提供具有所需频率和波形的电能。每个绝缘线的另外一端连接到一个电级。或者，绝缘材料可以从绝缘线底端被剥除，这样裸线就变成电极。两个电级保持分开一个固定的距离。在HED的情况下偶极子轴保持水平的状态。在海洋应用中，水、海底、和可能水上的空气完成两个电极间的电流环路。

【0005】天线105产生一个时变的电磁场130，如图1中例子所示，电磁场130穿透海底125到达地岩层135。时变的电磁场引起时变的电流140在地岩层135中流动。时变电流140通过地岩层135的流动感应另一个电磁场145。传感器阵列150典型位于海底，其接收、探测和分析电磁场145，并储存结果数据或将其报告给水面用于分析。所接收到的电磁场145的特性依赖于在某种程度上已知的发射电磁场130的特性，地岩层135的特性、其它地表面下部分、地岩层的特性以及噪声。通过分析此文中的所接收到的电磁场145有可能判定地岩层135的一些特性。

【0006】如图2所示，典型的传感器150包括一个耦合到压载物210的电子封装205。电子封装205包括四个天线215，它们近似对称围绕在其外围。如上文所述，四个天线形成两个电偶极子。可包括一个或一个以上垂直天线(未示出)，以探测垂直定向的电磁辐射。天线215接收电磁场145，而电子封装205内的设备探测、分析和记录关于电磁场145的相位和幅度的数据。当记录了足够的数据，或经过某一段时间后，电子封装205从压载物210释放，漂移到水面上，在这里其被复原。在水面上，数据从电子封装205中恢复。数据被分析。

【0007】勘测报告由数据组成，这些数据是因为包含一个或一个以上传感器150的海底区域之上的天线105的一个或一个以上导线(traverse)而采集的。典型的，每一个导线被通称为“拖链”。

【0008】CSEM应用中一个最显著的噪声源是大地电磁噪声155，如图1中一组箭头线所示。除此以外，噪声还有可能源于海底洋流触发的天线机械震动(“乱弹(strum)”)或者源于传感器电子器件的缺陷。

发明内容

【0009】一般说来，在某一方面，本发明的特性在于改进信号S(t)的信噪比的方法，S(t)包括“信号”和噪声。该方法包括(a)在感兴趣频率(frequency-of-interest)获得S(t)的测量结果，(b)在预期S(t)的信号部分微弱的一个或一个以上噪声频率处获得S(t)的噪声测量结果，(c)使用在一个或一个以上噪声频率的噪声测量结果来估算在感兴趣频率的噪声，(d)从在感兴趣频率的S(t)的测量结果中减去估算的噪声。

【0010】本发明的实施包含下面一个或一个以上方面。所述方法进一步包含重复(a)、(b)、(c)和(d)。估算在感兴趣频率的噪声N(T)可包括将 $\underset{T\∈\left\{T_1{T}_2\right\}}{\mathrm{\Σ}}{|S\left(T\right)-N\left(T\right)|}^2$ 最小化。其中，N(T)＝c₁n₁(T)+c₂n₂(T)+c₃n₃(T)+...；c₁，c₂，c₃…是复系数；n₁，n₂，n₃…是在噪声频率处的噪声测量结果；T1和T2定义了S(t)中没有或只有很少“信号”存在的时段。在一个或一个以上噪声频率处获得S(t)的噪声测量结果可包括选择噪声频率，以使它们容易模拟在感兴趣频率的噪声。在一个或一个以上噪声频率处获得S(t)的噪声测量结果可包括选择接近感兴趣频率的频率。在一个或一个以上噪声频率处获得S(t)的噪声测量结果可包括在预期S(t)的信号部分微弱时获得S(t)的测量结果。测量结果可包括数据。数据可包括偏移、幅度和相位。估算噪声包括将噪声数据分类入存储仓(bin)，每个存储仓都与各自的偏移范围相关联；将每个存储仓中的数据转换到频域；从每个存储仓中选择与感兴趣频率相关联的数据；从每个存储仓中选择一个或一个以上与噪声频率相关联的数据；从已选噪声频率数据中为每个存储仓估算感兴趣频率噪声；以及逐个存储仓地从与感兴趣频率相关联的数据中减去估算的感兴趣频率噪声。在感兴趣频率获得S(t)的测量结果可包括在感兴趣频率获得S(t)的复幅度的测量结果。在一个或一个以上噪声频率处获得S(t)的噪声测量结果可包括在一个或一个以上噪声频率处获得S(t)的复幅度测量结果。估算噪声可包括使用在一个或一个以上噪声频率获得的S(t)的复幅度估算感兴趣频率处的噪声的复幅度。减去估算的噪声包括从感兴趣频率处获得的S(t)的复幅度中减去感兴趣频率处的估算噪声的复幅度。

【0011】需要注意的是S(t)中的时间变量t指的是作为相对于接收器位置的源位置度量的时间。这个时间变量不是当每个存储仓中的数据被转换成频域时被转换成频率的时间变量。例如，傅立叶变换的时间变量是图5的水平轴上代表的时间变量，而S(t)中的时间变量表示频谱分解后(转换成频域)存储仓中心的时间。

【0012】本方法包括产生CSEM信号，该信号在感兴趣频率有大量能量而在多个低信号频率有少量能量。本方法还包括发射CSEM信号和接收S(t)信号。本方法还包括为CSEM信号选择一个频率。产生CSEM信号可包括产生一个CSEM信号，其中该CSEM信号的能量集中在适合辨别碳氢化合物储藏的时间频率。本方法还包括选择噪声频率，以和低信号频率的子集相一致。本方法还包括选择噪声频率，以避开所发射的CSEM信号的频率分量。产生CSEM信号可包括产生方波。产生CSEM信号可包括产生三峰波(tripeak wave)。

【0013】一般说来，在另一方面，本发明的特点在于存储在有形介质中的计算机程序，用于改进信号S(t)的信噪比，其中S(t)包括“信号”和噪声。程序包括使计算机(a)在感兴趣频率获得S(t)的测量结果；(b)在预期S(t)的“信号”部分微弱的多个噪声频率处获得S(t)的噪声测量结果；(c)使用一个或一个以上噪声频率处的噪声测量结果估算在感兴趣频率的噪声；和(d)从感兴趣频率处S(t)的测量结果中减去估算噪声的可执行指令。

【0014】一般说来，在另一方面，本发明的特点在于CSEM装置，其通过在其它频率采样S(t)中的噪声，在一个频率估算信号S(t)中的噪声，其中S(t)包括“信号”和噪声。所述装置包括一个噪声估算器和一个噪声减法器，噪声估算器通过某一噪声频率下S(t)中的测量噪声来确定S(t)中噪声的估算值，噪声减法器从感兴趣频率的S(t)中减去噪声的估算值。

【0015】本发明的实施包含下面一个或一个以上方面。CSEM装置还包括一个或一个以上天线；耦合到天线的一个或一个以上模数转换器，每个模数转换器产生代表S(t)的数据；和一个数据转换器，用于将数据从时域变换到频域。CSEM装置还包括一个耦合到模数转换器上的记录机，其记录模数转换器的输出。CSEM装置还包括一个耦合到模数转换器的数据存储仓，其将模数转换器的输出分类到基于偏移的存储仓中。CSEM装置还包括耦合到天线上的调节元件。噪声估算器将 $\underset{T\∈\left\{T_1{T}_2\right\}}{\mathrm{\Σ}}{|S\left(T\right)-N\left(T\right)|}^2$ 取最小值，其中N(T)＝c₁n₁(T)+c₂n₂(T)+c₃n₃(T)+...；c₁，c₂，c₃…是复系数；n₁，n₂，n₃…是噪声频率处的噪声测量结果；T1和T2定义了S(t)中没有或只有很少“信号”存在的时段。噪声估算器估算在单个天线接收到的噪声。噪声估算器估算在两个或更多个天线接收到的噪声。

附图说明

【0016】图1举例说明了一个CSEM勘测的工作环境。

【0017】图2举例说明了一个CSEM勘测传感器。

【0018】图3是CSEM勘测中使用的发射器框图。

【0019】图4是接收和处理CSEM数据的装置的框图。

【0020】图5举例说明了一个理想的方波。

【0021】图6举例说明了一个理想的三峰波。

【0022】图7显示了一个理想方波频谱的一部分。

【0023】图8显示了一个理想三峰波频谱的一部分。

【0024】图9举例说明了一个实际的高功率方波的片断。

【0025】图10是流程图，描述了在CSEM数据中改进信噪比的技术。

【0026】图11-15举例说明了通过实施此处描述的技术带来的信噪比改进的例子。

具体实施方式

【0027】为避免混淆，当单词“信号”大写(译注：本文中为带引号的)的时候，指包含了“信号”和噪声的信号(译注：原文中未大写的，本文中不带引号的)的信号分量。通过发射在其频谱中有已知带隙的CSEM电磁信号；接收在线性无噪声环境中预计具有和发射的CSEM电磁信号同样的频谱内容的CSEM电磁信号；使用在已知带隙中接收的噪声估算在预期发现“信号”的感兴趣频率处的噪声；并且在感兴趣频率从接收到的CSEM电磁信号中减去估算噪声，CSEM系统改进了CSEM数据的信噪比。

【0028】图3中举例说明一个产生发射的CSEM电磁信号130的装置例子，其典型位于托拽主体110上中。它包括一个波形产生器305，用来产生具有需要特性的波形。波形产生器305耦合到CSEM发射器310上，发射器310通过天线105发射所产生的波形并且建立发射的电磁场130。

【0029】在典型的CSEM应用中，选择波形，以将可用的发射器能量集中到一些已选的时间频率(temporal frequency)，这些频率被选择成最佳辨别地下的碳氢化合物储藏。发射器电流使用一种在时间中重复的形式，比如图5所示的方波或图6所示的三峰波形。图6所示三峰波形是2004年5月20日提交的lu和srnka的美国专利申请第60/572694号“Logarithmic Spectrum Transmitter Waveform for Controlled-SourceElectromagnetic Sureying”(用于受控源电磁勘测的对数频谱发射器波形)中公开的类型。

【0030】由傅立叶分析的理论公知的是，如图5和图6所示的非正弦波形等同于正弦波形的和，每个波形都代表一个具体的时间频率。傅立叶分析之后，每个正弦曲线的幅度代表其频率对非正弦波形的相对贡献。最低的这种频率一般与波形重复的周期相对应。比如，如果图5所示的对称的8秒方波被重复，那么产生的连续波形由频率(2*N+1)/8Hz组成，其中，N＝0，1，2，…，或者1/8，3/8，5/8Hz等等。这些频率和其中每一个频率下信号的幅度如图7所示。下面的表1和表2描述了连续的方波和它的最初几个频率分量，其中T是方波的周期(例如，图5中的8秒)。

变换	时间
		1到-1	T/2
-1到1	T

表1.方波变换

频率	幅度	相位
			1/T	1.2732	0.0
3/T	0.4244	0.0
			5/T	0.2546	0.0
7/T	0.1819	0.0
			9/T	0.1415	0.0
11/T	0.1157	0.0
			13/T	0.0979	0.0
15/T	0.0849	0.0
			17/T	0.0749	0.0
19/T	0.0670	0.0
			21/T	0.0606	0.0

表2.对称方波的最初几个频率分量

【0031】下面的表3和表4描述了连续的三峰波形和它的最初几个频率分量，其中T是三峰波形的周期。这些频率和其中每一个频率下信号的幅度在图8中举例说明。

变换	时间
		-1到1	18*T/256
1到0	60*T/256
		0到1	67*T/256
1到-1	110*T/256
		-1到0	147*T/256
0到-1	186*T/256
		-1到0	198*T/256
0到-1	237*T/256

表3.三峰波变换

频率	幅度	相位
			1/T	0.6212	0.0
2/T	0.6010	-90.0
			4/T	0.6064	-90.0
7/T	0.1183	180.0
			10/T	0.2966	90.0
14/T	0.0801	90.0
			16/T	0.1596	-90.0
20/T	0.0756	-90.0

表4.三峰波的最初几个频率分量

【0032】实际高功率的发射器不能够产生如图5所示的理想方波或者如图6所示的理想三峰波。它们产生更复杂的波形，比如如图9所示的波形，其中正偏移由整流交流电流的正瓣组成，负偏移由整流交流电流的负瓣组成。这种复杂波形的频率含量不会有如图7和图8所示的整齐的频谱。

【0033】图4中举例说明的检测和处理接收到的CSEM电磁信号145的装置的例子包括天线215。天线215耦合到用于放大和调节来自天线的信号的放大器和调节器405。调节包括对接收信号的部分或整体进行滤波、衰减或延迟。放大器和调节器405耦合到将模拟信号转换为数字表示的模数(A/D)转换器410。A/D转换器有一个足够宽的带宽和动态范围，以记录信号以供分析。特别是，对此处所描述的信噪比改进装置，A/D转换器有足够的带宽以捕获预期“信号”非常少或者没有“信号”的频率，如下面描述的。一个示例性A/D转换器在31.125Hz运行并提供24位输出。另一示例性A/D转换器运行在50Hz。

【0034】如从表4和图8中所见到的，8秒周期的三峰波形中的许多能量在离散频率1/8Hz，2/8Hz和4/8Hz。与此相反，A/D转换器以更细微的时间间隔采样，比如0.032秒，从而允许A/D转换器从0Hz(直流)到奈隆斯特(Nyquist)截止频率15.625Hz可靠地捕获频率。结果，来自A/D转换器的数据输出除了发射的那些外，还包括许多频率。例如，在8秒周期(T＝8)三峰波的情况下，以0.032秒间隔采样的A/D转换器的输出会包括，不只表4所示的感兴趣频率(即1/8，2/8，4/8，7/8，10/8，14/8和20/8Hz)，还有3/8，5/8，6/8等等Hz，其中，在此预期只发现噪声能量。

【0035】回到图4，模数转换器410的输出是可选地耦合到记录机415上的，记录机415记录供后续处理的数字数据。在有些配置中没有用到记录机415。在有些配置中，数据是被实时分析的。

【0036】记录的数据然后提供给数据存储仓420。数据存储仓420提取对应拖链的记录数据的一个时间段并将其分到存储仓中。每个存储仓与范围一般在2秒到128秒之间的时间间隔相关。在移动源的情况下，该时间间隔可与偏移范围对应，所述范围一般在50米到600米之间。偏移被定义为有时以时间有时以物理距离来表示的，从天线105到接收存储数据的传感器150的有正负的距离。由此，每一个拖链都有与其相关联的一组存储仓，每一个存储仓都包括来自该拖链的数据的时间段。

【0037】每一个存储仓中的数据然后被数据转换器425从时域转换到频域。数据转换器425从随后分析中使用的一个或一个以上频率的所有存储仓中采集结果的复幅度数据(即，幅度和相位)。例如，数据转换器425会从每个存储仓采集1/8Hz幅度和相位数据。结果将是比如图11所示的一个数据集。可以看到，图11具有两个在1/16Hz采集的数据的图表。两个图表具有以作为横轴的儒略日而测量的偏移。在一个图表中，垂直轴是在1/16Hz的在水平轴上相应偏移处的能量幅度。另一个图表中，垂直轴是和在1/16Hz的在水平轴上相应偏移处能量的相位相关的。图11中两幅图表所示曲线中每个单独的点都对应一个单独存储仓中的数据。

【0038】数据转换器425采集的数据被提供给噪声估算器430。噪声估算器使用在预期没有“信号”功率的频率处采集的噪声，估算预期有“信号”功率的频率处的噪声。比如，使用图7所示频谱为例，1/8，3/8和5/8Hz处的噪声可能是使用1/16，3/16，1/4和1/2Hz处测量的噪声估算出的。

【0039】在一个示例系统中，“信号”频率(比如图7中的1/8Hz)处的噪声由噪声频率(比如图7中的1/16，3/16，1/4，1/2Hz)处数据的线性组合模拟。即任何信号频率处的模拟噪声N和存储仓时间T可以这样给出：

N(T)＝c₁n₁(T)+c₂n₂(T)+c₃n₃(T)+...                (1)

其中，c₁ c₂…是复系数，n₁，n₂…是在所选噪声频率处的记录数据。通过以最小二乘法最小化记录的信号S(t)和模拟噪声在当源是非活动的或者距离接收机足够远以至于对被记录“信号”贡献很小时的那一时段的差值，c_i被确定。换句话说，c_i通过取下式的最小值而被确定：

$\underset{T\∈\left\{T_1{T}_2\right\}}{\mathrm{\Σ}}{|S\left(T\right)-N\left(T\right)|}^2---\left(2\right)$

其中，{T1，T2}是很少或没有“信号”存在的时段，且平方被理解为指的是复数值。时间窗{T1，T2}典型的是使用噪声N能由ni模拟的良好程度的某个测量而选择的。在一个示例系统中，时间窗是在感兴趣频率处和噪声频率处的信号大体同相，并且“信号”弱时选择的。

【0040】在选择噪声频率n_i时需要注意，弱的但有意发射的频率不能被无意地认为是噪声。特别是，图6所示的三峰波形包括一些一般认为的弱谐波，但是如果它们被包含在噪声估算过程中，则强得足够扭曲噪声估算值。特别是，一个8秒三峰波形在1/8，2/8和4/8Hz处包含很强的“信号”。它包括7/8，10/8，14/8和16/8Hz处的显而易见的“信号”和其他谐波。强且显而易见的“信号”在图8中由实心圆点表示。另外，较弱的谐波(3/8，5/8，9/8，12/8和13/8Hz)可能会被认为太弱以至于不能提供有用的信号，但是如果包含在计算中却强得足够破坏噪声估算值。这种较弱的噪声级别的“信号”在图8中由空心点表示。发射器波形及其频谱的知识可用作噪声频率选择的明确指导。例如，给出图8所示的8秒三峰波形的发射器频谱，噪声估算器430将选择预期没有“信号”处的41/16和43/16Hz的频率，来估算预期有“信号”的21/8Hz处的噪声。

【0041】本技术可以独立应用于CSEM传感器150上不同的天线215记录的测量结果。替代地，本技术还可以应用于来自不同天线的数据的任意组合。特别是，它可以应用于测量结果的线性组合，该组合意欲提供共线或垂直于发射器天线的电磁场分量。为了更好地解决仪器噪声，本方法可独立应用于CSEM传感器150中的不同记录通道。记录通道402包括一个单独的天线215，一套放大器和调节器405，一个A/D转换器410和一个记录机415。替代地，每个天线215可能会被复用于同一个放大器/调节器405，A/D转换器410和记录机415。电子封装205可包括一个或一个以上记录通道。

【0042】本技术可以应用于同样的数据不止一次，比如这样一种情况：其可以首先应用于抑制大地电磁噪声，第二次应用于抑制来自天线乱弹的噪声。

【0043】本技术可以应用于陆地或海洋CSEM勘测。

【0044】在一个示例系统中，将选择足够接近感兴趣频率的噪声频率，以有效模拟在感兴趣频率处的噪声。噪声频率的最佳选择会根据噪声的其它特性和频谱内容，因数据集的不同而不同。

【0045】对于本领域技术人员而言显而易见的是，噪声估算模型可以从上述所讨论的线性模型概括，以包含其他的数学运算符。特别是，卷积或滤波器可以应用到某个时间范围的数值来估算在单个时间的噪声。替代地，最小二乘法可被推广到其他数学优化技术，用于设定系数的时间窗可被推广到包含两个或两个以上时间窗，或者c_i系数可被推广到包含线性时间趋势，比如c_i+d_i*T中那样。

【0046】回到图4，一旦噪声估算器430估算噪声，噪声估算值将被提供给噪声减法器435，它将从信号中减去估算噪声以产生“信号”的估算值。

【0047】在应用的例子中，在图10中示例说明的，CSEM系统获得CSEM数据(方框1005)。如上所讨论的，获得CSEM数据包括接收由发射的CSEM信号引起接收的CSEM信号，其中，发射的CSEM信号有已知波形，所述波形在感兴趣频率有已知量的能量并且在其他频率没有或只有很少能量。在线性、无噪声环境中，所期望的是，接收的CSEM信号有和发射的CSEM信号同样的频率内容。实际应用中，接收的CSEM信号包含“信号”和噪声。接收的CSEM信号以足够的间隔尺寸(即，采样速率和动态范围)被采样，以捕获感兴趣频率和期望很少或没有“信号”的频率。

【0048】CSEM系统然后选择至少一个信号频率(方框1010)。信号频率是从发射波形的感兴趣频率中选择的。大多数情况下，将选择比所有感兴趣频率少的频率。

【0049】CSEM系统然后识别一个或一个以上噪声频率(方框1015)。噪声频率是从发射波形中有很少或没有能量发射的频率中选择的。大多数情况下，将选择比在发射波形中有很少或没有能量的所有频率少的频率。

【0050】CSEM系统在偏移处测量在已选噪声频率(一个或多个)的能量，在该偏移处，感兴趣频率处的噪声可以从噪声频率处的噪声容易地估算，比如噪声频率处的噪声相位可能接近感兴趣频率处的噪声相位。CSEM系统使用这些测量结果来估算在已选信号频率的噪声能量(方框1020)。例如，可以使用上述的估算技术。

【0051】CSEM系统然后从在感兴趣频率测量的信号中减去估算噪声(方框1025)，以获得在感兴趣频率的“信号”的估算值。在一个示例系统中，减法是基于逐个存储仓来执行的。

【0052】说明上面描述的所述技术的操作的例子在图11-15中示出。在例子中，发射一个具有图6所示的三峰波形的T＝8的实际信号。原始CSEM数据在图11中示出。如上面提到的，图11包含两个图表：一个图表反映CSEM数据的幅度(图11A)，一个图表反映CSEM数据的相位(图11B)。两个图表的水平轴是以时间测量的偏移，具体是以儒略日测量的。儒略日的范围从约184.4到约185.3，这就是采集数据的时间。在其它的分析中，偏移可能是以距离测量的。

【0053】图11A中的幅度图表的垂直轴是在0.0625Hz测量的以伏特每米表示的采集数据的幅度，这个频率是这个示例中发射波形中的感兴趣频率之一。垂直轴使用对数刻度，范围从约10^-6到约10^-12V/m。在理想的无噪声环境下，数据将遵循一平滑曲线。在图11A中可以看到，数据包括合适数量的噪声，特别在184.8天以下和在185.1天以上。

【0054】图11B中的相位图表的垂直轴是采集数据的相位的余弦。在理想无噪声环境下，数据从-1到1平滑分布。从图11B中可以看出，数据包含合适数量的噪声，特别在184.8天以下和在185.1天以上。

【0055】图12显示了在偏移范围上的在感兴趣频率之一0.0625Hz测量的信号相位和在预期很少或没有“信号”的频率中的三个0.03125Hz(图12A)，0.09375Hz(图12B)和0.15625Hz(图12C)测量的信号相位之间的差。

【0056】选取其中相位差小的的偏移范围，这意味着从预期很少或没有“信号”的频率处的噪声应该很容易模拟感兴趣频率处的噪声。在图11-15所示的示例中，选取184.5-184.6范围中的数据来估算噪声。

【0057】图13显示了噪声抑制之后的CSEM信号。将图11和图13对比，可以看出噪声水平在幅度图(图13A)和相位图(图13B)中都有下降。图14和图15中举例说明了噪声的降低，这些图结合了噪声抑制前的信号图和噪声抑制后的信号图。在图14中，线1405所标示的，184.65儒略日以下的数据是原始数据。184.65儒略日以上的数据是应用了噪声抑制技术后的数据。在图14A中，噪声的降低明显来自于平均幅度的降低。图14B示出了对应的相位数据。

【0058】在图15中，线1505所标示的185.15儒略日以上的数据是原始数据。185.15儒略日以下的数据是应用了噪声抑制技术后的数据。同样，在图15A中，噪声的降低明显来自于平均幅度的降低。图15B示出了对应的相位数据。

【0059】虽然本发明针对示例实施例进行了描述，但是本领域技术人员将知道，可以进行各种形式上的改动，而不偏离所附权利要求所限定的要求保护的发明的实质和范围。例如，本领域技术人员认识到可以使用除了方程1和2之外的不同技术模拟噪声。再例如，本领域技术人员认识到转换器105可以用磁偶极子替代，天线215可以用磁天线替代，或者转换器105和天线215都可以被磁装置替代。所有这些变动都被认为处于权利要求的范围内。

Claims (38)

1.一种改进信号S(t)的信噪比的方法，S(t)包括“信号”和噪声，所述方法包括：

(a)在感兴趣频率处获得S(t)的测量结果；

(b)在预期S(t)的信号部分微弱的一个或一个以上噪声频率处获得S(t)的噪声测量结果；

(c)使用在所述一个或一个以上噪声频率处的噪声测量结果估算所述感兴趣频率处的噪声；以及

(d)从所述感兴趣频率处的S(t)的测量结果中减去估算的噪声。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

重复(a)，(b)，(c)和(d)。

3.如权利要求1所述的方法，其中估算所述感兴趣频率处的噪声N(T)，包括：

将 $\underset{T\∈\left\{T_1{T}_2\right\}}{\mathrm{\Σ}}{|S\left(T\right)-N\left(T\right)|}^2$ 取最小值，其中N(T)＝c₁n₁(T)+c₂n₂(T)+C₃n₃(t)+...；和

其中c₁，c₂，c₃…是复系数；n₁，n₂，n₃…是所述噪声频率处的噪声的测量结果；且T1和T2定义了S(t)中没有或有很少“信号”存在的时段。

4.如权利要求1所述的方法，其中在所述一个或一个以上噪声频率处获得S(t)的测量结果包括：

选择所述噪声频率，使其容易模拟在所述感兴趣频率处的噪声。

5.如权利要求1所述的方法，其中在所述一个或一个以上噪声频率处获得S(t)的噪声测量结果包括：

选择接近所述感兴趣频率的所述噪声频率。

6.如权利要求1所述的方法，其中在所述一个或一个以上噪声频率处获得S(t)的噪声测量结果包括：

在预期S(t)的“信号”部分微弱时获得S(t)的测量结果。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述测量结果包括数据，所述数据包括偏移、幅度和相位，并且估算所述噪声包括：

将所述数据分类到存储仓中，每个存储仓都与各自的偏移范围相关；

将每个存储仓中的所述数据转换到频域；

从每个存储仓中选择与所述感兴趣频率相关的数据；

从每个存储仓中选择与所述一个或一个以上噪声频率相关的数据；

根据已选择的噪声频率数据为每个存储仓估算感兴趣频率噪声；和

逐个存储仓地从和所述感兴趣频率相关的数据中减去估算的感兴趣频率噪声。

8.如权利要求1所述的方法，其中：

在所述感兴趣频率获得S(t)的测量结果包括在所述感兴趣频率获得S(t)复幅度的测量结果；

在所述一个或一个以上噪声频率获得S(t)的噪声测量结果包括在多个噪声频率获得S(t)复幅度的测量结果；

估算所述噪声包括使用在所述一个或一个以上噪声频率获得的S(t)的复幅度，估算在所述感兴趣频率的所述噪声的复幅度；以及

减去估算的噪声包括从在所述感兴趣频率获得的S(t)的复幅度中减去在所述感兴趣频率的估算噪声的复幅度。

9.如权利要求1所述的方法，还包括：

产生在所述感兴趣频率有大量能量，在多个低信号频率有少量能量的一个受控源电磁信号；

发射所述受控源电磁信号；和

接收所述S(t)信号。

10.如权利要求9所述的方法，还包括：

为所述受控源电磁信号选择一个频率。

11.如权利要求9所述的方法，其中产生所述受控源电磁信号包括：

产生一个受控源电磁信号，其中该受控源电磁信号的能量被集中到适合辨别碳氢化合物的储藏域的时间频率中。

12.如权利要求9所述的方法，还包括：

选择所述噪声频率，以和所述低信号频率的一个子集相一致。

13.如权利要求9所述的方法，还包括：

选择所述噪声频率，以避开所发射的受控源电磁信号的频率分量。

14.如权利要求9所述的方法，其中产生一个受控源电磁信号包括：

产生一个方波。

15.如权利要求9所述的方法，其中产生一个受控源电磁信号包括：

产生一个三峰波。

16.一种存储在有形介质中的计算机程序，用来改进信号S(t)的信噪比，S(t)包括“信号”和噪声，所述程序包括使计算机进行如下操作的可执行指令：

(a)在感兴趣频率获得S(t)的测量结果；

(b)在预期S(t)的“信号”部分微弱的一个或一个以上噪声频率获得S(t)的噪声测量结果；

(c)使用在所述一个或一个以上噪声频率的噪声测量结果估算在所述感兴趣频率的噪声；和

(d)从在所述感兴趣频率的S(t)的测量结果中减去估算噪声。

17.如权利要求16所述的计算机程序，其中所述程序还包括可执行指令，其使所述计算机：

重复(a)，(b)，(c)和(d)。

18.如权利要求16所述的计算机程序，其中，当在所述感兴趣频率估算噪声N(T)时，所述计算机：

将 $\underset{T\∈\left\{T_1{T}_2\right\}}{\mathrm{\Σ}}{|S\left(T\right)-N\left(T\right)|}^2$ 取最小值，其中N(T)＝c₁n₁(T)+c₂n₂(T)+c₃n₃(T)+...；和

其中c₁，c₂，c₃…是复系数；n₁，n₂，n₃…是所述噪声频率处的噪声测量结果；且T1和T2定义了S(t)中没有或有很少“信号”存在的时段。

19.如权利要求16所述的计算机程序，其中，当在所述一个或一个以上噪声频率获得S(t)的噪声测量结果时，所述计算机：

选择所述噪声频率，以使它们容易模拟在所述感兴趣频率的噪声。

20.如权利要求16所述的计算机程序，其中，当在所述一个或一个以上噪声频率获得S(t)的噪声测量结果时，所述计算机：

选择接近所述感兴趣频率的噪声频率。

21.如权利要求16所述的计算机程序，其中，当在所述一个或一个以上噪声频率获得S(t)的噪声测量结果时，所述计算机：

在预期S(t)的“信号”部分微弱时获得S(t)的测量结果。

22.如权利要求16所述的计算机程序，其中，所述测量结果包括数据，所述数据包括偏移、幅度和相位，并且在估算噪声时，所述计算机：

将所述数据分类到存储仓中，每个存储仓都与各自的偏移范围相关；

将每个存储仓中的所述数据转换到频域；

从每个存储仓中选择与所述感兴趣频率相关的数据；

从每个存储仓中选择与所述一个或一个以上噪声频率相关的数据；

从已选择的噪声频率数据为每个存储仓估算感兴趣频率噪声；并且

逐个存储仓地从和所述感兴趣频率相关的数据中减去估算的感兴趣频率噪声。

23.如权利要求16所述的计算机程序，其中：

当在所述感兴趣频率获得S(t)的测量结果时，所述计算机在所述感兴趣频率获得S(t)的复幅度的测量结果；

当在所述一个或一个以上噪声频率获得S(t)的噪声测量结果时，所述计算机在所述一个或一个以上噪声频率获得S(t)的复幅度的测量结果；

当估算噪声时，所述计算机使用在所述一个或一个以上噪声频率获得的S(t)的复幅度，估算在所述感兴趣频率的噪声的复幅度；并且

当减去估算的噪声时，所述计算机从在所述感兴趣频率获得的S(t)的复幅度中减去在所述感兴趣频率的估算噪声的复幅度。

24.如权利要求16所述的计算机程序，所述程序还包括可执行指令，其使所述计算机：

产生在所述感兴趣频率有大量能量，在多个低信号频率有少量能量的一个受控源电磁信号；

发送所述受控源电磁信号；并且

接收信号S(t)。

25.如权利要求24所述的计算机程序，所述程序还包括可执行指令，其使所述计算机：

为所述受控源电磁信号选择一个频率。

26.如权利要求24所述的计算机程序，其中，当产生一个受控源电磁信号时，所述计算机

产生一个受控源电磁信号，其中该受控源电磁信号的能量集中到适合辨别碳氢化合物的储藏域的时间频率。

27.如权利要求24所述的计算机程序，所述程序还包括可执行指令，其使所述计算机：

选择所述噪声频率，以和所述低信号频率的一个子集相一致。

28.如权利要求24所述的计算机程序，所述程序还包括可执行指令，其使所述计算机：

选择所述噪声频率，以避开发射的受控源电磁信号的频率分量。

29.如权利要求24所述的计算机程序，所述程序还包括可执行指令，其使所述计算机：

产生方波。

30.如权利要求24所述的计算机程序，所述程序还包括可执行指令，其使所述计算机：

产生三峰波。

31.一种受控源电磁装置，其通过在其他频率采样S(t)中的噪声，在一个频率估算包括“信号”和噪声的信号S(t)中的噪声，所述装置包括：

噪声估算器，其使用在确定噪声频率的S(t)中的测量噪声来决定在感兴趣频率的S(t)中噪声的估算值；和

噪声减法器，其从在所述感兴趣频率的S(t)中减去噪声的所述估算值。

32.如权利要求31所述的受控源电磁装置，还包括：

一个或一个以上的天线；

一个或一个以上耦合到所述天线的模数转换器，每个模数转换器产生代表S(t)的数据；和

一个数据转换器，其将数据从时域变换到频域。

33.如权利要求32所述的受控源电磁装置，还包括：

耦合到所述模数转换器的记录机，其记录所述模数转换器的输出。

34.如权利要其32所述的受控源电磁装置，还包括：

耦合到所述模数转换器的存储仓，以基于偏移将其输出分类到存储仓中。

35.如权利要求32所述的受控源电磁装置，还包括：

耦合到所述天线的调节元件。

36.如权利要求31所述的受控源电磁装置，其中所述噪声估算器将 $\underset{T\∈\left\{T_1{T}_2\right\}}{\mathrm{\Σ}}{|S\left(T\right)-N\left(T\right)|}^2$ 取最小值，其中N(T)＝c₁n₁(T)+c₂n₂(T)+c₃n₃(T)+...；c₁，c₂，c₃…是复系数；n₁，n₂，n₃…是噪声频率处的噪声测量结果；且T1和T2定义了S(t)中没有或有很少“信号”存在的时段。

37.如权利要求31所述的受控源电磁装置，其中所述噪声估算器估算在单个天线上接收到的噪声。

38.如权利要求31所述的受控源电磁装置，其中所述噪声估算器估算在两个或两个以上天线上接收到的噪声。

Images