CN106341103B - 一种频率自适应滤波器及电磁法接收机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频率自适应滤波器及电磁法接收机，针对工场源方法每次采集一个频点信息的特性，通过在接收机中加入频率自适应的带通滤波器，滤除发射机发射信号频点以外的所有信号，可以滤除其对有用信号的干扰，同时随机噪声也会得到抑制。

Description

一种频率自适应滤波器及电磁法接收机

技术领域

本发明涉及电子领域，特别涉及一种频率自适应滤波器及电磁法接收机。

背景技术

地球物理电磁法测量作业中，采集并记录电磁传感器的信号，此信号可以是大地发出的天然场信号，也可以是采用发射机发射的人工源场信号，两者在实际生产中有着巨大的市场需求。

采集天然场信号时，接收机单独工作，接收大地发出的天然信号，通常需要将各频段信号都记录下来，以备需求。采集人工源场信号时，发射机与接收机严格同步工作，发射机按照一定的时间间隔发射某个频段信号，接收机则同步采集记录。

接收机工作过程中，为了既能分析信号，又节省存储空间，通常使用不同的采样率来采集数据，如一种应用广泛的方式是使用24000Hz、2400Hz、1500Hz、15Hz等4种采样率采集数据。这类接收机多采样率由数字方法实现，其数据处理流通常为：原始模数转换ADC采样(采样率f0)->工频陷波器(NF1)->低通滤波器(LPF1)->降采样器(DS1)->低通滤波器(LPF2)->降采样器(DS2)…->低通滤波器(LPFn)->降采样器(DSn)。在采集不同频率信号时，数据记录模块自动选择不同降采样器的输出数据进行记录存储。一般来说，低通滤波器LPFi的低通截止频率一般设定为降采样器输出数据速率的1/2，仪满足采样定理。

在人工源场电磁法作业中，发射机每次发射一个频点，如频率值为fn，接收机记录的数据的频率范围是0-0.5fs(fs为数据采样率)，满足0<fn<0.5fs。频率在0-fm范围内的信号不参与数据计算分析，但可能掺杂大量的干扰成分，如工频及其谐波干扰，但上述处理方法，对此并没有进行滤波处理。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种频率自适应滤波器及电磁法接收机。

本发明的第一方面提供一种频率自适应滤波器，包括:

数据流输入端、与所述数据流输入端连接的低通滤波器、与所述数据流输入端连接且与且与所述低通滤波器并联的带通滤波器内核、用于选择接通所述低通滤波器或所述带通滤波器内核的滤波器选择器、与所述滤波选择器连接的数据流输出端以及与所述带通滤波器内核连接用于计算带通滤波器系数的带通滤波器系数计算器，所述滤波器选择器在第一种工作模式时选择接通所述低通滤波器所在支路以及在第二种工作模式时选择接通所述带通滤波器内核所在支路。

可选地，所述滤波器选择器在第二种工作模式时选择接通所述带通滤波器内核所在支路，输入信号频率，所述带通滤波器系数计算器根据所述输入信号频率设定带通滤波器的通带截止频率，并计算得到所述带通滤波器内核的带通滤波器系数，将所述带通滤波器系数加载到所述带通滤波器内核。

可选地，所述第一种工作模式为天然场源信号采集，所述第二种工作模式为人工源信号采集。

可选地，所述带通滤波器内核的表达式为：

其中：K为常数且选择必须保证所有样点的和为1，M为滤波器阶数。

可选地，所述带通滤波器系数为：

(sin(2πf_H(i-M/2))-sin(2πf_H(i-M/2)))*r[i]，

其中，在带通滤波器的内核长度M为定值时，为固定的系数表，记为r[i]，设定两个低通滤波器的截止频率分别为f_H、f_L且f_H>f_L。

可选地，所述带通滤波器为FIR结构，所述带通滤波器的表达式为：

本发明的第二方面提供一种电磁法接收机，包括滤波器，所述滤波器为如上述的频率自适应滤波器。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供的一种频率自适应滤波器，包括数据流输入端、与所述数据流输入端连接的低通滤波器、与所述数据流输入端连接且与且与所述低通滤波器并联的带通滤波器内核、用于选择接通所述低通滤波器或所述带通滤波器内核的滤波器选择器、与所述滤波选择器连接的数据流输出端以及与所述带通滤波器内核连接用于计算带通滤波器系数的带通滤波器系数计算器，所述滤波器选择器在第一种工作模式时选择接通所述低通滤波器所在支路以及在第二种工作模式时选择接通所述带通滤波器内核所在支路，本发明针对数据接收处理的不足，针对人工场源方法每次采集一个频点信息的特性，通过在接收机中加入频率自适应的带通滤波器，滤除发射机发射信号频点以外的所有信号，随机噪声也会得到抑制。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的一种频率自适应滤波器的结构图；

图2是本发明实施例中提供的一种频率自适应滤波器的带通滤波器内核的示意图；

图3是本发明实施例中提供的一种频率自适应滤波器的带通滤波器的频谱示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1所示，本发明实施例中提供一种频率自适应滤波器，包括:

数据流输入端1、与所述数据流输入端1连接的低通滤波器2、与所述数据流输入端1连接且与且与所述低通滤波器2并联的带通滤波器内核4、用于选择接通所述低通滤波器2或所述带通滤波器内核4的滤波器选择器5、与所述滤波选择器5连接的数据流输出端3、以及与所述带通滤波器内核4连接用于计算带通滤波器系数的带通滤波器系数计算器6，所述滤波器选择器5在第一种工作模式时选择接通所述低通滤波器2所在支路以及在第二种工作模式时选择接通所述带通滤波器内核4所在支路，针对人工场源方法每次采集一个频点信息的特性，通过在接收机中加入频率自适应的带通滤波器，滤除发射机发射信号频点以外的所有信号，例如人工场源发射的频率为128Hz的时域方波，接收机可以自动生成通带为118Hz-138Hz的带通滤波器，此时工频50Hz及其谐波都处于滤波器的通带以外，便可以滤除其对有用信号的干扰，同时随机噪声也会得到抑制。

所述滤波器选择器5在第二种工作模式时选择接通所述带通滤波器内核4所在支路，输入信号频率，所述带通滤波器系数计算器6根据所述输入信号频率设定带通滤波器的通带截止频率，并计算得到所述带通滤波器内核4的带通滤波器系数，将所述带通滤波器系数加载到所述带通滤波器内核4。

结合图1所示，7为频率设定8为工作模式设定，所述第一种工作模式为天然场源信号采集，所述第二种工作模式为人工源信号采集，依据不同的工作模式，通过滤波器选择器选定滤波器，如果是天然场源信号采集，则选择低通滤波器，如果是人工源信号采集，则选择带通滤波器。

本发明实施例中的频率自适应滤波器，在人工源场信号采集时，在某个频率点起始工作阶段，输入信号频率，带通滤波器系数计算器据此设定带通滤波器的频率特性，即选择通带截止频率，并计算得到带通滤波器的系数，加载到带通滤波器的内核，在此频率点工作时间段内，频率自适应滤波器保持工作。

本发明中的频率自适应带通滤波器，主要是通过配置其系数来实现，设其截止频率分别为f_H、f_L且f_H>f_L，以下是得到其内核表达式的计算过程：

(1)设定两个低通滤波器，他们的截止频率分别为f_H、f_L且f_H>f_L。

低通滤波器1的内核为：

低通滤波器2的内核为：

(2)将低通滤波器1的内核进行取反翻转，其中点处的样点值加1，得到截止频率为f_H高通滤波器的内核为：

将上述低通滤波器1和高通滤波器的内核相加，便可得到带阻滤波器，最后将得到的带阻滤波器进行频谱倒置，便可得到最终的带通滤波器内核表达式：

其中，

K为常数，其选择必须保证所有样点的和为1，M为滤波器阶数。

结合图2所示，带通滤波器的内核的示意图，结合图3所示，为本发明中带通滤波器频谱的示意图。

所述带通滤波器内核的表达式为：

其中：K为常数且选择必须保证所有样点的和为1，M为滤波器阶数。

所述带通滤波器系数为：

(sin(2πf_H(i-M/2))-sin(2πf_H(i-M/2)))*r[i]，

其中，在带通滤波器的内核长度M为定值时，为固定的系数表，记为r[i]，设定两个低通滤波器的截止频率分别为f_H、f_L且f_H>f_L。

所述带通滤波器为FIR结构，所述带通滤波器的表达式为：

本发明实施例中提供一种电磁法接收机，包括滤波器，所述滤波器前面提到的频率自适应滤波器。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种频率自适应滤波器及电磁法接收机进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种频率自适应滤波器，其特征在于，包括:

数据流输入端、与所述数据流输入端连接的低通滤波器、与所述数据流输入端连接且与所述低通滤波器并联的带通滤波器内核、用于选择接通所述低通滤波器或所述带通滤波器内核的滤波器选择器、与所述滤波器选择器连接的数据流输出端以及与所述带通滤波器内核连接用于计算带通滤波器系数的带通滤波器系数计算器，所述滤波器选择器在第一种工作模式时选择接通所述低通滤波器所在支路以及在第二种工作模式时选择接通所述带通滤波器内核所在支路；

所述第一种工作模式为天然场源信号采集，所述第二种工作模式为人工源信号采集；

所述滤波器选择器在第二种工作模式时选择接通所述带通滤波器内核所在支路，输入信号频率，所述带通滤波器系数计算器根据所述输入信号频率设定带通滤波器的通带截止频率，并计算得到所述带通滤波器内核的带通滤波器系数，将所述带通滤波器系数加载到所述带通滤波器内核；

滤波器系数的计算过程为：设定两个低通滤波器，设截止频率分别为f_H、f_L且f_H>f_L低通滤波器1的内核为：

低通滤波器2的内核为：

将所述低通滤波器1的内核进行取反翻转，其中点处的样点值加1，得到截止频率为f_H的高通滤波器的内核为：

其中：

将所述低通滤波器2和所述高通滤波器的内核相加，得到带阻滤波器，将得到的带阻滤波器进行频谱倒置，得到最终的带通滤波器内核表达式：

其中，

K为常数，其选择必须保证所有样点的和为1，M为滤波器阶数；

所述带通滤波器系数为：

其中，在带通滤波器的内核长度M为定值时，为固定的系数表，记为r[i]；

所述带通滤波器为FIR结构，所述带通滤波器的表达式为：

2.一种电磁法接收机，其特征在于，包括滤波器，所述滤波器为如权利要求1所述的频率自适应滤波器。