CN101957458B - 一种处理超低频数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处理超低频数据的方法，属于超低频电磁波信号采集、处理技术领域。该方法利用DSP处理器对超低频探测数据进行并行读取；对同一测点、相同参数多次重复探测的数据进行叠加，并进行小波去噪；将小波去噪处理后的数据进行包络线滤波处理，得到结果数据。本发明通过DSP数字处理器实现超低频数据处理算法，包括滤波处理和去噪处理，具有算法并行度高，迭代过程快等优点，能够更高效的实现超低频数据处理，得到信噪比高的处理结果。

Description

一种处理超低频数据的方法

技术领域

本发明是关于超低频电磁波信号采集、处理技术，具体涉及一种超低频数据的处理方法。

背景技术

超低频电磁探测技术已经广泛用于地震监测、石油天然气与煤层气等资源勘探、采空区或地下水探测等领域。该探测技术包括：被动接受来自地下反射的天然场源的超低频电磁波信号，通过处理、分析和解释该信号来实现对地下物质的探测。被动式探测应用的效果极大地依赖于超低频数据处理软、硬件的设计和性能。

目前，超低频数据处理软件基本上只能完成数据采集、处理、正反演、成果输出、现场解释成果图等。数据处理过程中，还需将野外采集到的数据转移到实验室进行处理、分析，因此实时性较差；而且，超低频电磁信号的数据处理涉及大量的运算，数据处理的效果主要依赖于编译器和X86处理器的性能，由于X86的处理器的局限性，大量的乘法运算和累加运算往往需要消耗大量的资源。

发明内容

本发明针对现有技术中的超低频数据处理效率低的问题，提供了一种基于DSP的超低频数据的处理方法，可有效地提高数据处理效率。

本发明的技术方案是：

一种超低频数据的处理方法，其步骤包括：

1-1)利用DSP处理器对超低频数据进行并行读取；

1-2)对同一测点、相同参数的多次重复探测的数据进行叠加，并进行小波去噪；

1-3)将上述步骤处理后的数据曲线进行包络线滤波处理，得到结果数据。

所述步骤1-1)包括：对超低频数据的头文件进行格式分析，预先分配多路通道，计算文件地址空间，然后利用DMA通道对超低频数据进行并行读取。

针对被动式超低频数据，读取其头文件的MagicNUM字段，检测文件校验位checksum，以确保数据没有被损坏，随后根据探测起始深度、截止深度和步长计算头文件的数据块数，利用该数据块数，计算各数据块的地址偏移量，最后通过DMA通道帧的大小，计算出每个数据块所需要的DMA通道帧数。

DSP处理器将DMA通道帧数与帧大小写入传输计数寄存器，随后初始化DMA通道，利用全局索引寄存器进行DMA通道传送。

所述步骤1-2)具体包括：

5-1)将同一测点、相同参数的多次重复探测的数据叠加起来，求其平均值用以去除随机噪声；

5-2)然后对叠加去噪后的数据进行多个尺度的离散小波变换，得到若干个尺度的小波系数；

5-3)对上述小波系数作逆变换，得到最终的降噪后的数据。

在所述步骤5-2)中，对小波系数进行自适应阈值处理，得到估计小波系数。

所述步骤1-3)具体包括：计算超低频数据曲线的极大值点和极小值点，依次连接，生成极大值和极小值对应的上、下两条包络线；计算每个探测深度对应的上包络线和下包络线振幅的均值，作为该探测深度对应的结果数据。

对于生成的两条上、下包络线进行修正。具体的方法为，分别计算上下包络线和原始曲线的距离，然后阈值判断，确定是否用原始曲线替换。以极大值包络线为例，首先计算两个相邻的极大值点之间的包络线和原始曲线的差值，选择其中最大的差值作为该段包络线和原始曲线的距离，如果该距离大于设定的阈值，则将用原始曲线的值来代替极大值包络线。

阈值可以选择为原始曲线最大值和最小值的差的30％-40％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过理论分析、实验测试和实际应用，充分利用DSP的控制、处理能力和图形功能，以硬件控制技术为关键，在吸取传统超低频信号处理系统优点的基础上，通过DSP数字处理器实现超低频数据处理算法，包括去噪处理和滤波处理，具有算法并行度高，迭代过程快等优点，相比X86架构的处理器，能够更高效的实现超低频数据处理，得到信噪比较高的处理结果。

基于DSP实现的这种超低频数据处理系统，充分发挥了DSP器件的性能优势，具有编程灵活、操作简单、体积小巧、硬件结构简单、测量精度高、测量范围宽、响应速度快、使用方便的优点。因此，比传统的数据处理系统的适用面更加宽广，有广阔的应用前景。

附图说明

图1为超低频数据的文件格式；

图2为本发明数据处理流程图；

图3为本发明基于小波的叠加去噪处理流程图；

图4为本发明包络线滤波处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

以探测所得100-1000米深度，步长5米的超低频数据文件夹为例。该文件夹内含10次采集数据。分别为1.raw，2.raw，3，raw...10.raw。

如图1所示，数据头header格式如下：

Struct header{

Char MagicNUM[4]；

Char name[10]；

Int btime；

Int etime；

Int lfrom；

Int lto；

Int gap；

}

读取MagicNUM字段，检测文件合理性(0x55AA)。检测文件校验位checksum，确保数据没有被损坏。根据lfrom(起始深度)，lto(截止深度)，和gap(步长)计算文件的数据块数，共有180块数据块。根据数据的块数，计算各数据块的地址偏移量。根据数据块的大小以及DMA通道帧的大小计算每个数据块所需要的DMA通道帧数。即合理计算各数据块起始地址分别为：40，80，120等，预先分配10路通道，根据计算出的通道数和各数据块地址空间，利用DMA通道对超低频数据进行并行的10次读取。对文件2.raw-10.raw采取同样步骤读取操作。

参考图2，DSP处理器对同一测点、相同参数多次重复测量的数据进行叠加，并采用自适应小波去噪，将小波去噪处理后的数据进行包络线滤波处理，最终得到信噪比较高的处理结果。

在DSP上对读取的重复探测的数据进行叠加处理后进行自适应的小波去噪，如图3所示，具体包括：

1、对读入的多次重复的探测数据叠加起来，求其平均值作为叠加处理的结果；

2、然后对叠加去噪后的数据进行几个尺度的离散小波变换，得到各种尺度的小波系数；

3、对各个尺度的小波系数进行自适应阈值处理，得出估计小波系数；

4、对处理过的小波系数作逆变换，得到最终的去噪后的数据曲线。

对去噪后数据进行包络线滤波，如图4所示。

1)首先计算去噪后的超低频曲线的极大值点和极小值点，依次连接，分别生成极大值和极小值的上、下两条包络线；

2)对于生成的两条上下包络线进行修正，如对极大值包络线，首先计算两个相邻的极大值点之间的包络线和原始曲线的差值，选择其中最大的差值作为该段包络线和原始曲线的距离，如果该距离大于一个设定的阈值(如设定为原始曲线最大值和最小值的差的40％)，则将用原始曲线的值来代替极大值包络线。

3)计算各段包络线的距离，然后阈值判断，确定是否用原始曲线替换，重复以上步骤，遍历整条包络线。对极小值包络也采用同样的操作。

4)最后，用修正后的上、下包络线，求每个深度数据对应的上包络线和下包络线的振幅，计算其振幅的均值作为结果数据曲线。

以上通过详细实施例描述了本发明所提供的超低频数据的处理方法，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明实质的范围内，可以对本发明做一定的变形或修改；不限于实施例中所公开的内容。

Claims (5)

1.一种超低频数据的处理方法，其步骤包括：

1—1)利用DSP处理器对超低频数据进行并行读取；

1—2)对同一测点、相同参数的多次重复探测的数据进行叠加，并进行小波去噪；

1—3)将上述步骤处理后的数据曲线进行包络线滤波处理，得到结果数据；

所述步骤1—1）包括：对超低频数据的头文件进行格式分析，预先分配多路通道，计算文件地址空间，然后利用DMA通道对超低频数据进行并行读取；针对被动式超低频数据，读取其头文件的MagicNUM字段，检测文件校验位checksum，以确保数据没有被损坏，随后根据起始深度、截止深度和步长计算头文件的数据块数，利用该数据块数，计算各数据块的地址偏移量，最后通过DMA通道帧的大小，计算出每个数据块所需要的DMA通道帧数；

所述步骤1—2）具体包括：

1—2—1）将同一测点、相同参数的多次重复探测的数据叠加起来，求其平均值用以去除随机噪声；

1—2—2）然后对叠加去噪后的数据进行多个尺度的离散小波变换，得到若干个尺度的小波系数；

1—2—3）对上述小波系数作逆变换，得到最终的降噪后的数据；

所述步骤1-3）具体包括：计算超低频数据曲线的极大值点和极小值点，依次连接，生成极大值和极小值对应的上、下两条包络线；计算每个探测深度对应的上包络线和下包络线振幅的均值，作为该探测深度对应的结果数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，DSP处理器将DMA通道帧数与帧大小写入传输计数寄存器，随后初始化DMA通道，利用全局索引寄存器进行DMA通道传送。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1-2-2）中，对小波系数进行自适应阈值处理。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分别计算上下包络线和原始曲线的距离，进行阈值判断。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，阈值为原始曲线的最大值和最小值差的30%-40%。

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