降噪核磁共振测井回波信号的获得方法及装置

摘要

本发明提供一种降噪核磁共振测井回波信号的获得方法及装置，方法包括：模数转换单元将接收到的核磁共振测井回波信号转化为数字回波信号；延迟模块对数字回波信号进行延时处理，获得延时数字回波信号；有限单位冲激响应滤波器对延时数字回波信号进行滤波处理，获得已滤波回波信号；快速傅立叶变换单元对已滤波回波信号进行快速傅立叶变换处理，获得频率域已滤波回波信号；相位校正单元根据计数器获得的数字回波信号的延时个数对频率域已滤波回波信号进行相位校正，获得相位校正已滤波回波信号；快速傅立叶反变换单元对相位校正已滤波回波信号进行快速傅立叶反变换处理，获得降噪核磁共振测井回波信号。上述方案，消除了滤波中产生的相位漂移问题。

说明书

技术领域

本发明涉及核磁共振测井技术，尤其涉及一种降噪核磁共振测井回波信 号的获得方法及装置。

背景技术

在石油勘探领域，低场核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR) 由于磁场强度较低，自旋回波信号微弱，常常淹没于噪声中。为了获得理 想的自旋回波信号，必须对采集到的自旋回波信号进行降噪处理。

目前，一般采用滤波技术对自旋回波信号进行降噪处理。基于自适应 滤波的自适应谱线增强(Adapitive Line Enhancement，ALE)技术是一种 新型实效的降噪处理方法。在ALE的自适应滤波器设计中，没有外部参 考信号可以利用。由于窄带信号周期明显，宽带噪声周期性差，延迟一段 时间后窄带信号的相关函数会显著地强于宽带噪声这一特征，将原始输入 信号接入具有固定延迟的延迟线作为参考信号。因此，选取的合适的延迟 时间，参考信号的宽带噪声和原始输入的宽带噪声相关性就会迅速减弱， 而窄带周期信号的相关性不会受到影响，故可以实现较好的滤波降噪的作 用，但是，由于选取了延迟时间，因此滤波后的回波信号存在相位漂移的 问题。

发明内容

本发明提供一种降噪核磁共振测井回波信号的获得方法及装置，用以解 决现有自适应谱线增强滤波技术中存在的回波信号相位漂移问题。

本发明提供的一种降噪核磁共振测井回波信号的获得方法，包括：

模数转换单元接收核磁共振测井回波信号，并将所述核磁共振测井回波 信号转化为数字回波信号；

延迟模块接收所述数字回波信号，并对所述数字回波信号进行延时处理， 以获得延时数字回波信号；

有限单位冲激响应(Finite Impulse response，FIR)滤波器接收所述延时 数字回波信号，并对所述延时数字回波信号进行滤波处理，以获得已滤波回 波信号；

快速傅立叶变换单元接收所述已滤波回波信号，并对所述已滤波回波信 号进行快速傅立叶变换处理，以获得频率域已滤波回波信号；

相位校正单元根据计数器获得的所述数字回波信号的延时个数对所述频 率域已滤波回波信号进行相位校正，以获得相位校正已滤波回波信号；

快速傅立叶反变换单元接收所述相位校正已滤波回波信号，并对所述相 位校正已滤波回波信号进行快速傅立叶反变换处理，以获得降噪核磁共振测 井回波信号。

如上所述的降噪核磁共振测井回波信号的获得方法，其中，还包括：

误差计算单元对所述数字回波信号和所述已滤波回波信号进行作差，以 获得误差；

滤波器系数单元根据所述误差及步长控制单元输出的步长获得滤波器系 数，并以该滤波器系数来对所述有限单位冲激响应滤波器下一滤波周期的滤 波器系数进行更新。

如上所述的降噪核磁共振测井回波信号的获得方法，其中，

所述步长控制单元输出的步长表示为：

μ(k)＝1/(2x^T(k)x(k))；

其中，

μ(k)为k时刻的步长；

x(k)采样序列；

x^T(k)为采样序列的转置；

k＝0，1，...，N-1；

N为滤波器阶数，且N为自然数。

如上所述的降噪核磁共振测井回波信号的获得方法，其中，

所述滤波器系数单元根据所述误差及步长控制单元输出的步长获得滤波 器系数采用如下公式：

W(k+1)＝W(k)+[μ(k)e(k)x(k)]/[b+x^T(k)x(k)]；

其中，

W(k)为第k个滤波器系数；

W(k+1)为第k+1个滤波器系数；

e(k)为k时刻误差；

b是一个常数；

μ(k)为k时刻的步长；

x(k)采样序列；

x^T(k)为采样序列的转置。

如上所述的降噪核磁共振测井回波信号的获得方法，其中，所述快速傅 立叶变换单元接收所述已滤波回波信号之前还包括：

饱和截断单元对所述有限单位冲激响应滤波器输出的所述已滤波回波信 号进行截断处理。

如上所述的降噪核磁共振测井回波信号的获得方法，其中，所述快速傅 立叶变换单元对所述已滤波回波信号进行快速傅立叶变换处理采用如下公 式：

$D^{\prime }\left(k\right)=\mathrm{DFT}\left[y^{\prime \prime }\left(n\right)\right]=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{y}^{\prime \prime }\left(n\right)\exp (-j\frac{2\pi }{N}\mathrm{nk});$

其中，

D′(k)为降噪后时间域第n个数据y”(n)经过傅立叶变换后对应的第k个频 率域数据；

D(k)为相位校正后的第k个频率域数据；

j为虚数单位；

k＝0，1，...，N-1；

n＝0，1，...，N-1；

N为采样点数，且N为自然数。

如上所述的降噪核磁共振测井回波信号的获得方法，其中，所述相位校 正单元根据计数器获得的所述数字回波信号的延时个数对所述频率域已滤波 回波信号进行相位校正采用如下公式：

$D\left(k\right)=D^{\prime }\left(k\right)\times \exp \left(j\frac{2\pi }{N}\mathrm{mk}\right);$

其中，

D(k)为降噪后时间域第n个数据y”(n)经过傅立叶变换后对应的第k个频 率域数据相位校正后的数据；

D′(k)为降噪后时间域第n个数据y”(n)经过傅立叶变换后对应的第k个频 率域数据；

m为延迟个数；

k＝0，1，...，N-1；

n＝0，1，...，N-1；

N为采样点数，且N为自然数。

如上所述的降噪核磁共振测井回波信号的获得方法，其中，所述快速傅 立叶反变换单元对所述相位校正已滤波回波信号进行快速傅立叶反变换处理 采用如下公式：

$y\left(n\right)=\mathrm{IDFT}\left[D\left(k\right)\right]=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}D\left(k\right)\exp \left(j\frac{2\pi }{N}\mathrm{nk}\right);$

其中，

y(n)为降噪核磁共振测井回波信号；

N为采样点数，且N为自然数；

D(k)为降噪后时间域第n个数据y”(n)经过傅立叶变换后对应的第k个频 率域数据相位校正后的数据；

k＝0，1，...，N-1；

n＝0，1，...，N-1。

本发明还提供一种核磁共振测井回波信号降噪装置，包括：

模数转换单元，用于接收核磁共振测井回波信号，并将所述核磁共振测 井回波信号转化为数字回波信号；

延迟模块，用于接收所述数字回波信号，并对所述数字回波信号进行延 时处理，以获得延时数字回波信号；

有限单位冲激响应滤波器，用于接收所述延时数字回波信号，并对所述 延时数字回波信号进行滤波处理，以获得已滤波回波信号；

快速傅立叶变换单元，用于接收所述已滤波回波信号，并对所述已滤波 回波信号进行快速傅立叶变换处理，以获得频率域已滤波回波信号；

相位校正单元，用于根据计数器获得的所述数字回波信号的延时个数对 所述频率域已滤波回波信号进行相位校正，以获得相位校正已滤波回波信号；

快速傅立叶反变换单元，用于接收所述相位校正已滤波回波信号，并对 所述相位校正已滤波回波信号进行快速傅立叶反变换处理，以获得降噪核磁 共振测井回波信号。

如上所述的核磁共振测井回波信号降噪装置，其中，还包括：

误差计算单元，用于对所述数字回波信号和所述已滤波回波信号进行作 差，以获得误差；

步长控制单元，用于输出步长；

滤波器系数单元，用于根据所述误差及所述步长获得滤波器系数，并以 该滤波器系数来对所述有限单位冲激响应滤波器下一滤波周期的滤波器系数 进行更新。

如上所述的核磁共振测井回波信号降噪装置，其中，还包括：

饱和截断单元，用于对所述有限单位冲激响应滤波器输出的所述已滤波 回波信号进行截断处理。

本发明提供的降噪核磁共振测井回波信号的获得方法及装置，采用将已 滤波回波信号经快速傅立叶变换单元进行快速傅立叶变换，使已滤波回波信 号由时域回波信号变换为频率域的已滤波回波信号，然后，频率域已滤波回 波信号经相位校正单元进行处理，来乘以预设的线性相位补偿因子，从而在 频率域补偿因降噪延时引起的相位漂移，以获得相位校正已滤波回波信号， 之后，再经快速傅立叶反变换单元对相位校正已滤波回波信号进行快速傅立 叶反变换处理，以获得降噪核磁共振测井回波信号。由上可见，经上述滤波 降噪处理后的回波信号消除了相位漂移的问题。

附图说明

图1为本发明降噪核磁共振测井回波信号的获得方法实施例的流程图；

图2为本发明核磁共振测井回波信号降噪装置实施例的结构示意图；

图3为本发明核磁共振测井回波信号降噪装置另一实施例的结构示意 图；

图4为本发明核磁共振测井回波信号降噪装置又一实施例的结构示意 图。

具体实施方式

图1为本发明降噪核磁共振测井回波信号的获得方法实施例的流程图； 如图1所示，本发明降噪核磁共振测井回波信号的获得方法的实施例，包括 以下步骤：

步骤1：模数转换单元接收核磁共振测井回波信号，并将所述核磁共振 测井回波信号转化为数字回波信号；

核磁共振测井过程中直接获得的核磁共振测井回波信号为模拟信号，而 在对核磁共振测井回波信号进行后继滤波处理的电路为数字电路，因此，需 要采用模数转化单元对接收到的核磁共振测井回波信号进行模数转化，以获 得数字回波信号。

步骤2：延迟模块接收所述数字回波信号，并对所述数字回波信号进行 延时处理，以获得延时数字回波信号；

步骤3：有限单位冲激响应滤波器接收所述延时数字回波信号，并对所 述延时数字回波信号进行滤波处理，以获得已滤波回波信号；

在该实施例中，FIR滤波器采用浮点归一化最小均方差算法(Normalized  Least Mean Square，NLMS)对数字回波信号进行滤波处理，并且，通过该浮 点归一化最小均方差算法实时调节滤波器参数，而不需要知道噪声的先验知 识，能在强噪声背景下提取幅度微弱的NMR自旋回波信号(即，核磁共振 测井回波信号)，从而实现压制噪声的目的，以提高滤波效果。

步骤4：快速傅立叶变换单元接收所述已滤波回波信号，并对所述已滤 波回波信号进行快速傅立叶变换处理，以获得频率域已滤波回波信号；

步骤5：相位校正单元根据计数器获得的所述数字回波信号的延时个数 对所述频率域已滤波回波信号进行相位校正，以获得相位校正已滤波回波信 号；

步骤6：快速傅立叶反变换单元接收所述相位校正已滤波回波信号，并 对所述相位校正已滤波回波信号进行快速傅立叶反变换处理，以获得降噪核 磁共振测井回波信号。

快速傅立叶变换单元及快速傅立叶反变换单元可以采用现场可编程门阵 列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)内部的数字信号处理(Digital  Signal Processing，DSP)计算单元。此处采用FPGA主要是利用其优良的时序 控制功能和同步性能，及具有大量的可编程器件门电路，通过模块化编程灵 活实现各电路功能。

上述方案，将已滤波回波信号经快速傅立叶变换单元进行快速傅立叶变 换，使已滤波回波信号由时域回波信号变换为频率域的频率域已滤波回波信 号，然后，频率域已滤波回波信号经相位校正单元进行处理，来乘以预设的 线性相位补偿因子，从而在频率域补偿因降噪延时引起的相位漂移，以获得 相位校正已滤波回波信号，之后，再经快速傅立叶反变换单元对相位校正已 滤波回波信号进行快速傅立叶反变换处理，以获得降噪核磁共振测井回波信 号。由上可见，经上述滤波降噪处理后的回波信号消除了相位漂移的问题。

进一步地，基于上述实施例，还包括：

误差计算单元对所述数字回波信号和所述已滤波回波信号进行作差，以 获得误差；

滤波器系数单元根据所述误差及步长控制单元输出的步长获得滤波器系 数，并以该滤波器系数来对所述有限单位冲激响应滤波器下一滤波周期的滤 波器系数进行更新。

通过上述方法，对FIR滤波器的滤波器系数进行自适应性更新，即，根 据当前滤波周期的NLMS算法计算的步长及误差计算单元计算获得的误差计 算出新的滤波器系数，并将该新的滤波器系数传递给FIR滤波器以参与下一 滤波周期的滤波操作，以提高滤波效果。并且，当NLMS算法迭代次数等于 核磁共振测井的采样点数时，滤波器系数置为1，并重新迭代计算下一次采 样的滤波器系数。

进一步地，基于上述实施例，步长控制单元输出的步长表示为：

μ(k)＝1/(2x^T(k)x(k))；

其中，μ(k)为k时刻的步长；x(k)采样序列；x^T(k)为采样序列的转置；k＝ 0，1，...，N-1；N为滤波器阶数，且N为自然数。

进一步地，基于上述实施例，滤波器系数单元根据所述误差及步长控制 单元输出的步长获得滤波器系数采用如下公式：

W(k+1)＝W(k)+[μ(k)e(k)x(k)]/[b+x^T(k)x(k)]；

其中，W(k)为第k个滤波器系数；W(k+1)为第k+1个滤波器系数；e(k)为k 时刻误差；b是一个常数；μ(k)为k时刻的步长；x(k)采样序列；x^T(k)为采样 序列的转置。

进一步地，基于上述实施例，所述快速傅立叶变换单元接收所述已滤波 回波信号之前还包括：

饱和截断单元对所述有限单位冲激响应滤波器输出的所述已滤波回波信 号进行截断处理。

通过截断处理保持FIR滤波器的输出长度与采样长度一致，即存储在FIR 滤波器的随机存取存储器(random access memory，RAM)中的上一时刻滤 波输出传输给饱和截断单元进行截断处理，截断后的信号即为已滤波回波信 号。

进一步地，基于上述实施例，快速傅立叶变换单元对所述已滤波回波信 号进行快速傅立叶变换处理采用如下公式：

$D^{\prime }\left(k\right)=\mathrm{DFT}\left[y^{\prime \prime }\left(n\right)\right]=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{y}^{\prime \prime }\left(n\right)\exp (-j\frac{2\pi }{N}\mathrm{nk});$

其中，D′(k)为降噪后时间域第n个数据y”(n)经过傅立叶变换后对应的第 k个频率域数据；D(k)为相位校正后的第k个频率域数据；j为虚数单位； k＝0，1，...，N-1；n＝0，1，...，N-1；N为采样点数，且N为自然数。

进一步地，基于上述实施例，相位校正单元根据计数器获得的所述数字 回波信号的延时个数对所述频率域已滤波回波信号进行相位校正采用如下公 式：

$D\left(k\right)=D^{\prime }\left(k\right)\times \exp \left(j\frac{2\pi }{N}\mathrm{mk}\right);$

其中，D(k)为降噪后时间域第n个数据y”(n)经过傅立叶变换后对应的第 k个频率域数据相位校正后的数据；D′(k)为降噪后时间域第n个数据y”(n)经 过傅立叶变换后对应的第k个频率域数据；m为延迟个数；k＝0，1，...，N-1； n＝0，1，...，N-1；N为采样点数，且N为自然数。

进一步地，基于上述实施例，快速傅立叶反变换单元对所述相位校正已 滤波回波信号进行快速傅立叶反变换处理采用如下公式：

$y\left(n\right)=\mathrm{IDFT}\left[D\left(k\right)\right]=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}D\left(k\right)\exp \left(j\frac{2\pi }{N}\mathrm{nk}\right);$

其中，y(n)为降噪核磁共振测井回波信号；N为采样点数，且N为自然 数；D(k)为降噪后时间域第n个数据y”(n)经过傅立叶变换后对应的第k个频 率域数据相位校正后的数据；k＝0，1，...，N-1；n＝0，1，...，N-1。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步 骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可 读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而 前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码 的介质。

图2为本发明核磁共振测井回波信号降噪装置实施例的结构示意图；如 图2所示，本发明核磁共振测井回波信号降噪装置的实施例，包括模数转换 单元21、延迟模块22、有限单位冲激响应滤波器23、快速傅立叶变换单元 24、相位校正单元25和快速傅立叶反变换单元26。

具体地，模数转换单元21用于接收核磁共振测井回波信号，并将所述核 磁共振测井回波信号转化为数字回波信号；延迟模块22用于接收所述数字回 波信号，并对所述数字回波信号进行延时处理，以获得延时数字回波信号； 有限单位冲激响应滤波器23用于接收所述延时数字回波信号，并对所述延时 数字回波信号进行滤波处理，以获得已滤波回波信号；快速傅立叶变换单元 24用于接收所述已滤波回波信号，并对所述已滤波回波信号进行快速傅立叶 变换处理，以获得频率域已滤波回波信号；相位校正单元25用于根据计数器 获得的所述数字回波信号的延时个数对所述频率域已滤波回波信号进行相位 校正，以获得相位校正已滤波回波信号；快速傅立叶反变换单元26用于接收 所述相位校正已滤波回波信号，并对所述相位校正已滤波回波信号进行快速 傅立叶反变换处理，以获得降噪核磁共振测井回波信号。

本实施例提供的核磁共振测井回波信号降噪装置中各模块的功能和 处理流程，可以参见上述图1所示的方法实施例，其实现原理和技术效果 类似，此处不再赘述。

进一步地，基于上述实施例，如图3所示，发明核磁共振测井回波信号 降噪装置的另一实施例，除了包括上述实施例的模数转换单元21、延迟模块 22、有限单位冲激响应滤波器23、快速傅立叶变换单元24、相位校正单元 25和快速傅立叶反变换单元26，还包括误差计算单元27、步长控制单元28 及滤波器系数单元29。

误差计算单元27用于对所述数字回波信号和所述已滤波回波信号进行 作差，以获得误差；步长控制单元28用于输出步长；滤波器系数单元29用 于根据所述误差及所述步长获得滤波器系数，并以该滤波器系数来对所述有 限单位冲激响应滤波器下一滤波周期的滤波器系数进行更新。

进一步地，基于上述实施例，如图4所示，发明核磁共振测井回波信号 降噪装置的又一实施例，除了包括上述实施例的模数转换单元21、延迟模块 22、有限单位冲激响应滤波器23、快速傅立叶变换单元24、相位校正单元 25和快速傅立叶反变换单元26、误差计算单元27、步长控制单元28及滤波 器系数单元29，还包括饱和截断单元30。

饱和截断单元30用于对所述有限单位冲激响应滤波器输出的所述已滤 波回波信号进行截断处理。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。