地磁观测数据中人工电磁干扰抑制技术研究

谢 凡

（中国地震局地球物理研究所，北京100081）

地磁观测数据中人工电磁干扰抑制技术研究

谢 凡

（中国地震局地球物理研究所，北京100081）

地磁观测数据不仅具有学术研究意义，也是不可或缺的国家基础战略资源。但是，目前我国地磁台网中，近1/3地磁台站正日益受到由外界人工电磁干扰源的干扰，产出的地磁观测数据质量下降。

本文系统地调研分析了我国地磁台网中常见的人工电磁干扰源及其在全国地磁台站的分布情况。研究了这类常见干扰源的干扰影响机理和模式。进而“对症下药”，引入适当的数字信号处理方法对干扰进行辨识和抑制。

论文的主要研究内容包括：

（1）在直流供电城市轨道交通干扰模型方面，采用经典的真空中的线电流磁场计算模型，通过简洁的代数表达式来对轨道交通干扰的远场干扰模型进行建模。该模型计算远场任意一点受到的干扰的数值大小，模拟了随时间变化的干扰变化曲线和随垂直距离变化的干扰衰减曲线。通过对天津地铁干扰的理论计算和实地观测表明，该模型模拟干扰值和实际干扰幅度相吻合。

（2）将独立分量分析技术作为一种数据分析工具引入地磁数据轨道交通干扰辨识。使用满足统计意义上独立并且正交的线性变换矩阵对地磁观测台阵中对含有轨道交通干扰的多通道观测数据提取独立分量。通过功率谱分析以及时频分析方法提取与轨道交通干扰特征一致的独立分量成分。通过对混合矩阵的逆变换，剥离观测信号中的轨道交通干扰。

（3）提出了适用于轨道交通干扰的小波域噪声阈值抑制模型及方法。采用小波域噪声阈值抑制模型及方法对天津静海台受轨道交通干扰的地磁数据进行抑制。采用小波域尺度间模型对晚间未受干扰时间段进行提取，采用尺度内模型对各受干扰尺度阈值进行有效估算并进行抑制。该方法利用信号本身或者一些参考信号的先验知识对小波系数建立更准确的模型，同时在整体问题的不同层次上，把多种滤波方法有机结合起来，以取得最优滤波效果。在结果分析中引入多种评价方法对抑制结果进行了多角度的对比。

（4）将数学形态学滤波这类非线性数据滤波方法应用于偶发性随机干扰中铁磁性物质运动所产生的脉冲状干扰以及仪器噪声干扰抑制。构造了适用于这类干扰结构特征的形态学滤波器。通过地磁数据的数值模拟，验证了该数学形态学滤波器具有抑制脉冲干扰地磁信号噪声，降低仪器噪声干扰，保留地磁信号特征，提高地磁信号信噪比等良好的特性。最后通过对实际受干扰地磁信号的处理，取得较好效果。

（5）把极值特征尺度引入地电干扰辨识技术作为主要参数。并采用预白化技术在原始地磁数据中加入正态分布的白噪声的辅助技术来达到输入信号、噪声以及系统非线性三者之间达到最佳的匹配关系，使得地电干扰的极值特征尺度的辨识方法更为稳定和精确。

（6）开发了地磁数据干扰抑制系统。使用基于MATLAB的核心干扰识别和抑制算法以组件对象技术（COM）的形式提供给该系统调用。在系统架构上采用Windows DNA架构。在界面的开发上采用微软成熟的MFC架构。同时给出了系统架构模型及关键技术实现。这一系统及其各模块实现技术具有高效灵活、便捷、交互性好等特点，在地磁数据处理领域具有一定的推广价值。

地磁干扰抑制；轨道交通干扰模型；小波域噪声阈值抑制模型；独立分量分析；数学形态学；地电干扰；极值特征尺度；MATLAB

（作者电子信箱，谢凡：xiefan＠cea-igp.ac.cn）

P318.6；

A；

10.3969/j.issn.0235-4975.2012.01.019