基于雙通道參考技術(shù)的磁共振地下水探測(cè)電磁噪聲分布規(guī)律研究

林婷婷， 于思佳， 么曉康， 韋萌， 張揚(yáng)

吉林大學(xué)儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院/地球信息探測(cè)儀器教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 長春 130026

0 引言

我國地下水資源蘊(yùn)藏豐富，但是總體開采程度較低，仍具有相當(dāng)?shù)睦脻摿?陳家琦，1995；王瑗等，2008；劉紹瓊，2015).磁共振地下水探測(cè)方法(Magnetic resonance sounding, 簡(jiǎn)記為MRS)具有非侵入直接探測(cè)地下水的優(yōu)勢(shì)，不打鉆就能確定地下含水層的深度、含水量大小及介質(zhì)孔隙度等信息(Schirov et al., 1991；Legchenko et al., 2002；Behroozmand et al., 2015)，近年來在我國的地下水勘探領(lǐng)域取得了很好的應(yīng)用效果(林君等，2011).其探測(cè)原理與醫(yī)學(xué)核磁技術(shù)相同(王禮等，2017)，均是測(cè)量氫質(zhì)子的拉莫爾進(jìn)動(dòng)(Hertrich, 2008).然而，地磁場(chǎng)強(qiáng)度微弱(0.05 mT)，是醫(yī)學(xué)場(chǎng)強(qiáng)的五萬分之一；待測(cè)信號(hào)僅為納伏級(jí)(1 nV = 10-9V)，且探測(cè)過程中電磁噪聲無法屏蔽，微弱的MRS信號(hào)淹沒在強(qiáng)電磁噪聲中難以提取.如果噪聲不能得到有效的去除，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)水文參數(shù)解釋不準(zhǔn)確，這是制約MRS方法應(yīng)用與發(fā)展的主要因素(張榮等，2006；Müller-Petke et al., 2016).

最早的磁共振地下水探測(cè)儀采用單一線圈模式，發(fā)射線圈和接收線圈分時(shí)復(fù)用同一線圈.通過將線圈鋪設(shè)成“8”字形，利用兩個(gè)大小相同的線圈中信號(hào)異向、噪聲同向，反向相接以抵消噪聲干擾(Trushkin et al., 1994).當(dāng)“8”字形線圈的鋪設(shè)走向與噪聲源平行時(shí)，兩個(gè)線圈中噪聲強(qiáng)度相等，此時(shí)的噪聲抵消效果最好.但實(shí)際探測(cè)中受多噪聲源的影響，電磁噪聲分布不均勻，故選擇不同測(cè)量地點(diǎn)或改變“8”字形線圈的鋪設(shè)方向消噪效果差異較大.伴隨著多通道磁共振地下水探測(cè)儀的研制(Walsh，2008)，可采用時(shí)間域或頻率域噪聲抵消方法抑制噪聲干擾(Dalgaard et al., 2011, 2013；Müller-Petke and Yaramanci, 2011；Müller-Petke and Costabel, 2014).該方法需要一個(gè)探測(cè)線圈用來測(cè)量含噪聲的磁共振信號(hào)，另外一個(gè)或多個(gè)參考線圈在遠(yuǎn)端同時(shí)測(cè)量噪聲數(shù)據(jù)，依據(jù)探測(cè)線圈和參考線圈中噪聲相關(guān)性抑制噪聲干擾.相關(guān)性越大，消噪效果越好，可將參考線圈鋪設(shè)在和探測(cè)線圈噪聲情況相當(dāng)?shù)奈恢靡栽黾釉肼曄嚓P(guān)性.可見，無論是單通道儀器的“8”字形線圈噪聲抑制法還是多通道儀器的參考噪聲抵消法，消噪效果的好壞均取決于電磁噪聲的空間分布情況.此外，在大噪聲環(huán)境下進(jìn)行探測(cè)，需要增加疊加次數(shù)并選擇不同的測(cè)量地點(diǎn)多次實(shí)驗(yàn)以提高探測(cè)結(jié)果的可靠性(Dalgaard et al., 2013；萬玲等，2016；林婷婷等，2018).為了增強(qiáng)采集信號(hào)的信噪比，減少探測(cè)時(shí)間，提高探測(cè)效率，有必要在實(shí)驗(yàn)前了解測(cè)區(qū)內(nèi)噪聲的空間分布情況，避開噪聲干擾嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)樘綔y(cè)線圈選擇合適的測(cè)點(diǎn).

雙通道參考技術(shù)克服了噪聲的時(shí)變性，能用于刻畫不同時(shí)刻不同測(cè)點(diǎn)的噪聲在某一已知時(shí)刻的大小.因此，本文針對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)的若干測(cè)點(diǎn)，采用課題組自主研制的雙通道噪聲采集裝置在實(shí)驗(yàn)前采集測(cè)點(diǎn)的電磁噪聲，通過雙通道參考技術(shù)推導(dǎo)這些測(cè)點(diǎn)在同一時(shí)刻的噪聲強(qiáng)度，隨后得到測(cè)區(qū)電磁噪聲的分布結(jié)果.室外環(huán)境下電磁噪聲分布結(jié)果表明：本文方法可指導(dǎo)MRS探測(cè)選取最佳的線圈鋪設(shè)方式，并為探測(cè)線圈在噪聲干擾較弱的位置進(jìn)行探測(cè)提供了有力的科學(xué)依據(jù)，為提高信號(hào)質(zhì)量及探測(cè)效率奠定基礎(chǔ).

1 雙通道參考技術(shù)

1.1 雙通道磁共振噪聲采集裝置

為了指導(dǎo)磁共振地下水探測(cè)實(shí)驗(yàn)在強(qiáng)噪聲環(huán)境中選取最佳探測(cè)位置及確定最佳的線圈布設(shè)方式，本文研制的雙通道噪聲采集裝置總體結(jié)構(gòu)如圖1所示.主要由接收線圈、信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)采集電路、CPU模塊和上位機(jī)組成.兩個(gè)接收線圈的大小和匝數(shù)均相同，用于同時(shí)采集環(huán)境中的電磁噪聲.信號(hào)調(diào)理電路采用前置放大器、寬帶濾波器.末級(jí)程控放大器實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲的放大和調(diào)理作用，其中前置放大器的放大倍數(shù)及帶通濾波器的頻帶寬度要與磁共振地下水探測(cè)儀相同，以滿足由噪聲采集裝置采集的噪聲和實(shí)際干擾磁共振信號(hào)的噪聲保持一致.末級(jí)程控放大器采用程控增益放大的模式調(diào)節(jié)整體放大倍數(shù)，使數(shù)據(jù)滿足ADC采集的要求.信號(hào)采集電路按照上位機(jī)設(shè)置的參數(shù)將數(shù)據(jù)由模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后經(jīng)由ARM/FPGA組成的CPU模塊讀出后再傳送給上位機(jī)PC.同時(shí)，CPU模塊需要根據(jù)上位機(jī)接收上位機(jī)發(fā)出的控制命令和采集參數(shù)對(duì)ADC的采集時(shí)序進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理和緩存.

圖1 雙通道磁共振噪聲采集裝置結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Block diagram of the two-channel MRS noise collector

使用噪聲采集裝置開展野外噪聲采集實(shí)驗(yàn)前，首先需要對(duì)設(shè)計(jì)的儀器進(jìn)行室內(nèi)的測(cè)試和評(píng)估，以確定儀器的可靠性和穩(wěn)定性，圖2為室內(nèi)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)圖.

圖2 室內(nèi)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)圖Fig.2 Laboratory testing

使用兩個(gè)35匝直徑為30 cm的小線圈并列放置進(jìn)行室內(nèi)噪聲采集，采集裝置連續(xù)工作，每隔1個(gè)小時(shí)記錄一次室內(nèi)噪聲，從上午9時(shí)到下午20時(shí)共記錄12組數(shù)據(jù)，圖3為其中任意一組噪聲數(shù)據(jù)的測(cè)試結(jié)果.圖3a和b為線圈1采集的噪聲時(shí)域和頻域結(jié)果，圖3c和d為線圈2采集的噪聲時(shí)域和頻域結(jié)果.可以看出，除了都含有的比較強(qiáng)的2000 Hz和3000 Hz噪聲干擾以外，再對(duì)2000～3000 Hz之間的噪聲頻譜放大后進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)采集到的其他噪聲頻率成分也比較一致.由于噪聲空間分布不均勻，兩個(gè)線圈距離噪聲干擾源的位置存在差異，因此，不同頻率的噪聲干擾強(qiáng)度略有差異，但兩個(gè)線圈采集的噪聲數(shù)據(jù)在時(shí)域中幅度基本相同，在頻域中噪聲頻率相關(guān)性也比較強(qiáng)，兩通道具有較高的一致性，可滿足噪聲采集要求.

另外，計(jì)算兩個(gè)線圈采集噪聲數(shù)據(jù)的均方根值(Root Mean Square，RMS)，用RMS(Ti,Pj)表示i時(shí)刻j測(cè)點(diǎn)噪聲的強(qiáng)度：

圖3 噪聲采集裝置的室內(nèi)測(cè)試結(jié)果 (a) 線圈1的時(shí)域噪聲； (b) 線圈1的頻域噪聲； (c) 線圈2的時(shí)域噪聲； (d) 線圈2的頻域噪聲.Fig.3 Laboratory testing results of the noise collector (a) Data of the NoiseRx Coil 1 in time domain; (b) Data of NoiseRx Coil 1 in frequency domain; (c) Data of the NoiseRx Coil 2 in time domain; (d) Data of NoiseRx Coil 2 in frequency domain.

(1)

式中，n表示(Ti,Pj)時(shí)噪聲數(shù)據(jù)的長度，即數(shù)據(jù)的總點(diǎn)數(shù)；u表示每一數(shù)據(jù)點(diǎn)的電壓值.表1為兩個(gè)通道噪聲數(shù)據(jù)的RMS值及其比值，表中用RMS(Ti,P1)代表線圈1采集的噪聲數(shù)據(jù)的RMS值，用RMS(Ti,P2)代表線圈2采集的噪聲數(shù)據(jù)的RMS值.

表1 噪聲采集通道1和通道2的RMS值及其比值Table 1 RMS of the noise data recording by Coil 1 and Coil 2

為了更加直觀地比較兩個(gè)通道噪聲數(shù)據(jù)的RMS值并反映噪聲的時(shí)間特性，將一天中不同時(shí)刻記錄的共12組數(shù)據(jù)的情況表示為圖4.圖4a中黑色和藍(lán)色折線分別代表線圈1和線圈2采集的噪聲數(shù)據(jù)的RMS值，圖4b中紅色折線代表兩者在不同時(shí)刻的比值，灰色表示平均值.從圖中可以看出，受噪聲空間相異性的影響，兩個(gè)線圈采集的噪聲強(qiáng)度略有差異，但差異很小，其比值約為1并接近平均值.這進(jìn)一步說明了兩個(gè)通道具有較高的一致性，可在此基礎(chǔ)上將研制的噪聲采集裝置應(yīng)用于野外實(shí)驗(yàn)采集環(huán)境中的電磁噪聲并得到噪聲分布結(jié)果.然而，由于不同時(shí)刻噪聲強(qiáng)度不同，要想得到噪聲分布結(jié)果，需要使用提出的雙通道參考技術(shù)將不同時(shí)刻的噪聲強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為同一時(shí)刻的噪聲強(qiáng)度，以克服噪聲時(shí)變性對(duì)噪聲分布結(jié)果準(zhǔn)確性的影響.

圖4 噪聲強(qiáng)度隨時(shí)間的變化情況 (a) 噪聲的RMS值； (b) 兩通道RMS的比值及其平均值.Fig.4 The energy of noise varies with time (a) RMS of noise; (b) RMS ratio between the two channels and its mean value.

1.2 噪聲參考技術(shù)原理

為得到已知測(cè)區(qū)內(nèi)的電磁噪聲分布結(jié)果，需要計(jì)算不同測(cè)點(diǎn)在同一時(shí)刻的電磁噪聲強(qiáng)度，然而，噪聲強(qiáng)度隨時(shí)間的推移而不斷變化(如圖4所示)，利用噪聲采集儀記錄的噪聲具有時(shí)變性.為了克服噪聲時(shí)變性對(duì)噪聲分布結(jié)果的影響，本文提出雙通道參考技術(shù)，忽略噪聲空間相異性的影響，利用源幅度比(Source Amplitude Ratio，SAR)根據(jù)選定測(cè)點(diǎn)在已知時(shí)刻的噪聲強(qiáng)度推導(dǎo)該測(cè)點(diǎn)在某一未知時(shí)刻的噪聲強(qiáng)度，SAR定義為

(2)

式中，RMS(Ti,Pj)表示Pj測(cè)點(diǎn)在Ti時(shí)刻的噪聲強(qiáng)度，RMS(T0,Pj)表示Pj測(cè)點(diǎn)在T0時(shí)刻的噪聲強(qiáng)度，SAR(Ti)表示Pj測(cè)點(diǎn)在Ti時(shí)刻的噪聲強(qiáng)度與在T0時(shí)刻的噪聲強(qiáng)度之比.而測(cè)得的噪聲強(qiáng)度可以用噪聲源產(chǎn)生的噪聲強(qiáng)度與噪聲源距離測(cè)點(diǎn)的位置關(guān)系表示：

RMS(Ti,Pj)=AS(Ti)·R(rj),

(3)

式中，AS(Ti)為電磁噪聲源在Ti時(shí)刻產(chǎn)生的噪聲強(qiáng)度，rj為噪聲源距離測(cè)點(diǎn)Pj的距離，R(rj)表示位置關(guān)系函數(shù).假設(shè)噪聲源為無線長導(dǎo)線，測(cè)點(diǎn)Pj與噪聲源的位置關(guān)系R(rj)可表示為R(rj)=1/rj，即測(cè)點(diǎn)距離噪聲源越遠(yuǎn)，噪聲源在測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的噪聲干擾越小.結(jié)合式(3)，兩個(gè)不同測(cè)點(diǎn)同一時(shí)刻的噪聲強(qiáng)度之比可表示為

(4)

由式(4)可知，同一時(shí)刻不同測(cè)點(diǎn)的噪聲強(qiáng)度之比是一個(gè)與位置有關(guān)的量，測(cè)點(diǎn)已知時(shí)，比值為常量，即噪聲源在兩個(gè)不同測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的噪聲干擾強(qiáng)度具有一定的相關(guān)性，可等效替換.因此，當(dāng)測(cè)點(diǎn)Pj在T0時(shí)刻以及測(cè)點(diǎn)Pj和Pk在Ti時(shí)刻的噪聲強(qiáng)度已知時(shí)，那么，T0時(shí)刻測(cè)點(diǎn)Pk的噪聲強(qiáng)度可表示為

(5)

1.3 基于雙通道參考技術(shù)的噪聲分布計(jì)算方法

雙通道噪聲采集裝置一次能同時(shí)記錄兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的電磁噪聲，逐一對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)所有測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，再依據(jù)噪聲參考技術(shù)推導(dǎo)所有測(cè)點(diǎn)在同一時(shí)刻的噪聲情況，最后計(jì)算得到測(cè)區(qū)噪聲分布.下面結(jié)合噪聲采集示意圖對(duì)計(jì)算原理進(jìn)行分析.

如圖5所示，在測(cè)區(qū)內(nèi)選定P1、P2、P3等若干測(cè)點(diǎn)，為了計(jì)算這些測(cè)點(diǎn)在同一時(shí)刻的噪聲強(qiáng)度，先使用噪聲采集裝置同時(shí)記錄P1和P2位置的噪聲，假設(shè)此時(shí)為T0時(shí)刻，經(jīng)式(1)計(jì)算得到RMS(T0,P1)和RMS(T0,P2).再改變線圈位置同時(shí)記錄P2和P3位置的噪聲，記此時(shí)為T1時(shí)刻，再經(jīng)過式(1)計(jì)算可得到RMS(T1,P2)和RMS(T1,P3).為了得到T0時(shí)刻P3位置的噪聲RMS值，利用噪聲參考技術(shù)，由式(5)可得：

(6)

同理，依次對(duì)剩余測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，利用噪聲參考技術(shù)即可得到T0時(shí)刻所有選定測(cè)點(diǎn)的噪聲RMS值，如圖6.

圖5 噪聲采集示意圖Fig.5 Schematic diagram of noise collecting

圖6 基于參考技術(shù)的噪聲RMS推導(dǎo)脈絡(luò)圖Fig.6 Road map of noise-RMS based on reference technique

2 電磁噪聲分布探究實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證使用基于雙通道參考技術(shù)對(duì)電磁噪聲分布結(jié)果計(jì)算的有效性，在長春市文化廣場(chǎng)旁的足球場(chǎng)內(nèi)開展測(cè)試實(shí)驗(yàn).測(cè)區(qū)東側(cè)為寬闊的廣場(chǎng)，測(cè)區(qū)南側(cè)緊鄰一條廣場(chǎng)步行街道，該街道路面下埋有輸電線，測(cè)區(qū)西側(cè)為行車街道和居民區(qū)，測(cè)區(qū)北側(cè)為一片小樹林.在185 m×110 m的測(cè)區(qū)內(nèi)等間距選取20個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用課題組自主研制的雙通道磁共振噪聲采集裝置(圖7a)記錄選定測(cè)點(diǎn)的電磁噪聲.兩個(gè)測(cè)點(diǎn)為一組，通過使用兩個(gè)大小相同的2 m×2 m的單匝線圈(圖7b和c)依次采集所有測(cè)點(diǎn)的電磁噪聲.

圖7 噪聲測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)圖 (a) 雙通道磁共振噪聲采集裝置； (b) 噪聲采集線圈1； (c) 噪聲采集線圈2.Fig.7 Noise collecting site (a) Two-channel MRS noise collector; (b) NoiseRx Coil 1; (c) NoiseRx Coil 2.

圖8為足球場(chǎng)噪聲測(cè)試數(shù)據(jù).圖8a和b中的藍(lán)色線表示原始噪聲數(shù)據(jù)，由于該試驗(yàn)測(cè)區(qū)位于市中心，附近有居民區(qū)、街道、輸電線等噪聲源，因此該噪聲數(shù)據(jù)含有嚴(yán)重的工頻諧波噪聲成分，經(jīng)過計(jì)算，原始噪聲數(shù)據(jù)的RMS值為8161.8 nV.為了進(jìn)一步計(jì)算除工頻諧波噪聲外的其他噪聲，由于同時(shí)進(jìn)行噪聲采集的兩個(gè)線圈中的工頻諧波噪聲具有較強(qiáng)的噪聲相關(guān)性，本文運(yùn)用頻率域噪聲抵消算法(Müller-Petke and Costabel, 2014)，得到原始噪聲數(shù)據(jù)的參考噪聲，如圖8c所示，圖8d為參考噪聲的頻譜.經(jīng)過計(jì)算，參考噪聲的RMS值為7557.6 nV，參考噪聲強(qiáng)度接近原始噪聲強(qiáng)度，進(jìn)一步反映了該測(cè)區(qū)工頻諧波噪聲干擾嚴(yán)重.再從原噪聲數(shù)據(jù)中去除參考噪聲即為剩余噪聲數(shù)據(jù)，如圖8a和b中紅色線所示.同樣計(jì)算后得到該剩余噪聲強(qiáng)度為670.4 nV，工頻諧波噪聲成分得到了較好的去除.使用該方法依次得到所有測(cè)點(diǎn)的原始噪聲數(shù)據(jù)、參考噪聲數(shù)據(jù)和抑制工頻諧波噪聲后的數(shù)據(jù)，再運(yùn)用噪聲參考技術(shù)推導(dǎo)這三類數(shù)據(jù)在同一時(shí)刻的RMS值并得到噪聲分布結(jié)果.

圖9a為經(jīng)過推導(dǎo)原始電磁噪聲強(qiáng)度的分布結(jié)果，可見該測(cè)區(qū)的東南方向噪聲最強(qiáng)，西側(cè)的電磁噪聲強(qiáng)度較之稍弱，北側(cè)的電磁噪聲最弱.圖9b為經(jīng)過推導(dǎo)工頻諧波噪聲分布結(jié)果，由于測(cè)區(qū)南側(cè)緊鄰的步行街道下方鋪設(shè)了電力輸電線，東側(cè)又是市民活動(dòng)集中的廣場(chǎng)，有音響、照明等諧波噪聲干擾源，因此該噪聲分布結(jié)果表現(xiàn)為測(cè)區(qū)南側(cè)和東側(cè)的工頻諧波噪聲最強(qiáng).由于工頻諧波的噪聲強(qiáng)度和原始噪聲數(shù)據(jù)的噪聲強(qiáng)度相當(dāng)，可見，該測(cè)區(qū)的主要電磁噪聲干擾源為工頻諧波噪聲.從原始噪聲數(shù)據(jù)中去除該工頻諧波噪聲后的剩余電磁噪聲分布結(jié)果如圖9c所示.剩余噪聲強(qiáng)度分布仍然不均勻，由于廣場(chǎng)的人為活動(dòng)產(chǎn)生噪聲較復(fù)雜，因此，該方位的噪聲仍然相對(duì)較強(qiáng)；而測(cè)區(qū)北側(cè)為一片小樹林，幾乎沒有明顯的電磁噪聲源，因此，該方位的電磁噪聲最弱.以上噪聲分布結(jié)果和測(cè)區(qū)周圍噪聲源產(chǎn)生的干擾情況比較吻合，故基于雙通道參考技術(shù)的磁共振電磁噪聲分布結(jié)果準(zhǔn)確可信，可用于實(shí)際磁共振地下水探測(cè)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)前對(duì)噪聲進(jìn)行測(cè)量，對(duì)進(jìn)一步有效開展磁共振地下水探測(cè)實(shí)驗(yàn)具有實(shí)踐指導(dǎo)作用.

3 結(jié)論

針對(duì)電磁噪聲空間分布不均勻時(shí)，無法運(yùn)用“8”字形線圈或帶參考線圈的噪聲抵消等方法取得較好消噪效果的問題，本文提出使用基于雙通道參考技術(shù)計(jì)算磁共振地下水探測(cè)電磁噪聲分布結(jié)果的方法，建立噪聲參考技術(shù)原理表達(dá)式，利用雙通道磁共振噪聲采集裝置采集環(huán)境中的電磁噪聲，實(shí)現(xiàn)了不受噪聲時(shí)變性影響的電磁噪聲分布結(jié)果的計(jì)算問題.

通過室內(nèi)測(cè)試驗(yàn)證及室外環(huán)境中的電磁噪聲采集與分布實(shí)驗(yàn)，得到如下結(jié)論：

圖8 足球場(chǎng)噪聲測(cè)試數(shù)據(jù) (a) 線圈接收的原始噪聲數(shù)據(jù)和抑制工頻諧波噪聲后的剩余噪聲數(shù)據(jù)； (b) 原始噪聲數(shù)據(jù)頻譜和剩余噪聲數(shù)據(jù)頻譜； (c) 運(yùn)用參考噪聲抵消算法得到的參考噪聲； (d) 參考噪聲頻譜.Fig.8 The collecting noise data on the football field (a) The original noise data collected by coil and the remaining noise data after power line harmonic noise cancellation; (b) The spectrum of the original noise data and the spectrum of the remaining noise data; (c) A replica of noise; (d) The spectrum of the replica of noise.

圖9 足球場(chǎng)電磁噪聲測(cè)試示意圖及電磁噪聲分布結(jié)果 (a) 原始電磁噪聲數(shù)據(jù)的分布結(jié)果； (b) 工頻諧波噪聲數(shù)據(jù)的分布結(jié)果； (c) 抑制工頻諧波噪聲后的 剩余噪聲數(shù)據(jù)的分布結(jié)果； (d) 足球場(chǎng)電磁噪聲測(cè)試示意圖.Fig.9 Schematic diagram of noise collecting on the football field and distribution of electromagnetic noise (a) Distribution of the original electromagnetic noise; (b) Distribution of the power-line harmonic noise; (c) Distribution of the remaining noise after harmonic noise cancellation; (d) Schematic diagram of noise collecting on the football field.

(1)雙通道磁共振噪聲采集裝置的室內(nèi)測(cè)試與評(píng)估實(shí)驗(yàn)表明，儀器的兩通道具有較高的一致性，可以滿足噪聲采集要求，另外，環(huán)境中電磁噪聲的強(qiáng)度隨時(shí)間的變化而變化.

(2)為了克服噪聲時(shí)變性對(duì)分布結(jié)果的影響，提出噪聲參考技術(shù)并建立噪聲參考表達(dá)式，利用噪聲參考技術(shù)能得到所有測(cè)點(diǎn)在同一時(shí)刻的噪聲干擾情況.

(3)室外環(huán)境下電磁噪聲測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于雙通道參考技術(shù)的電磁噪聲分布結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性和可信度，可在實(shí)際地下水探測(cè)實(shí)驗(yàn)前得到電磁噪聲分布情況，探究電磁噪聲的空間分布規(guī)律.

本文提出的電磁噪聲分布結(jié)果計(jì)算方法在磁共振地下水探測(cè)前，采用自主研制的雙通道噪聲采集裝置采集測(cè)區(qū)電磁噪聲，通過雙通道參考技術(shù)推導(dǎo)同一時(shí)刻的測(cè)區(qū)噪聲分布情況，電磁噪聲的分布結(jié)果可指導(dǎo)磁共振地下水探測(cè)實(shí)驗(yàn)選擇最佳的線圈鋪設(shè)方式，提高依賴噪聲空間分布特性的消噪算法的消噪效果，也能避開強(qiáng)噪聲干擾區(qū)域選擇合適的探測(cè)位置，提高探測(cè)效率.但是本文提出的噪聲參考技術(shù)僅考慮了噪聲的時(shí)變性，后續(xù)研究可以考慮將噪聲的時(shí)間變化性和空間變化性相結(jié)合進(jìn)行聯(lián)合分析解釋，以期獲得更為精準(zhǔn)的噪聲分布結(jié)果.