随着我国工农业和城镇化快速发展,对水资源的勘查需求持续增长。磁共振探测方法（Magnetic Resonance Sounding,MRS）作为一种新兴的地球物理探测方法,因其对地下含水层的位置、含水量以及介质孔隙度等非侵入性直接定量探测的优势,已成为重要的地球物理找水方法并得到国际研究者的广泛关注。相比于激发极化和瞬变电磁等其他物探方法,MRS具有快速高效探测地下水中氢质子丰度及水体含量的能力,在水文水资源勘测和水源性灾害监测及预警等领域展现出广阔的应用前景。然而,MRS信号微弱,仅为纳伏级,在野外探测时极易受到各种电磁噪声干扰,导致原始数据的信噪比低。现有的磁共振信号噪声处理方法和仪器难以完全满足MRS技术在复杂噪声环境中探测应用。因此,在复杂强噪声环境中,抑制噪声干扰并获取可靠MRS信号参数已成为磁共振探测方法亟需解决的问题。磁共振地下水探测中所面临的电磁噪声包含尖峰脉冲噪声、工频谐波噪声以及随机噪声等非平稳噪声。尖峰脉冲噪声具有幅值大、持续时间短、频率覆盖范围广特点。工频谐波噪声干扰频率固定、幅值相对稳定,随机噪声是由各种不可预知因素综合作用而成,没有统一的规律,在统计特征上具有随机性。通常采集的磁共振信号需融合多种消噪手段对噪声进行滤除,再提取消噪后信号的包络线,并拟合得到信号参数。但是,当多种噪声并存、噪声干扰复杂且干扰强度大时,拟合后得到的信号参数准确度低,这将直接降低反演解释结果的准确性,甚至会得到错误的反演解释结果,而且这种复杂的强噪声干扰容易造成磁共振采集系统饱和失效。本文为解决MRS探测面临的复杂、强噪声干扰问题,围绕噪声抑制和MRS信号参数准确获取,重点从复杂噪声中的MRS信号参数的准确提取、影响信号参数提取精度的尖峰噪声抑制、接收系统研制以及野外应用实例等方面研究,进一步完善磁共振噪声抑制、信号参数提取理论。本文主要的研究内容及取得的成果如下:1、针对复杂噪声环境中探测时多种噪声并存、噪声干扰复杂且干扰强度大,传统信号参数提取方法能力有限、信号参数提取精度低的问题,分析了不同类型电磁噪声特征及其对MRS信号的影响。在信号时频分析基础上,根据离散短时傅里叶变换原理,研究了在频率域基于离散短时傅里叶变换提取信号参数的方法,该方法只关注拉莫尔频率处的频率谱幅度值与信号参数间的关系,可大幅减小复杂噪声的影响并获得可靠的信号参数提取结果,为复杂噪声环境磁共振地下水探测时信号参数提取提供新思路。2、针对尖峰噪声频率分布范围广,存在尖峰噪声且尖峰噪声干扰严重时,其频率会与信号频率相叠加而影响信号参数提取的准确度问题,研究了基于挤压同步挤压小波变换与改进阈值算法（SWT-IMT）的MRS信号尖峰噪声抑制方法。首先,阐述了同步挤压小波变换原理,比较分析了同步挤压小波变换在处理磁共振信号时的频率分辨率。其次,针对传统阈值处理方法的不足,提出了改进阈值算法,并详细表述了抑制尖峰步骤中改进阈值施加方式和启发式阈值计算方法。根据所提出的SWT-IMT方法,开展了抑制不同幅度、不同持续时间的模拟尖峰噪声和野外实际尖峰噪声实验。实验结果表明SWT-IMT算法可有效剔除尖峰噪声,且效果优于连续小波变换方法和传统的时域阈值识别及替代方法。3、针对在时间域提取MRS信号时,信号参数提取精度严重依赖于消噪效果,研究了基于离散短时傅里叶变换的MRS信号参数优化提取方法,该方法可直接从频率域根据拉莫尔频率谱值提取出MRS信号的初始振幅、平均弛豫时间以及初始相位等信号参数,有效提取信号参数的同时,减少了复杂噪声对信号参数提取精度的影响。为了从频域单边幅值中获得高精度MRS信号参数,需要克服频域栅栏效应而引入了幅值校正系数,并分析了不同因素对幅值校正系数的影响。首先根据需要提取的MRS信号引入参考信号并计算对应的幅值校正系数。其次,对含噪的MRS信号分段执行离散短时傅立叶变换计算对应的单边幅值谱,推导建立了MRS信号参数与单边幅值谱的等式关系。然后,使用幅值校正系数和各段中接近拉莫尔频率的单边幅值,计算拉莫尔频率处的单边幅值。最后,通过搜索优化方法求解MRS的初始振幅和平均弛豫时间。并根据求解的初始振幅和平均弛豫时间构造自由衰减信号,通过逐步改变构造信号的相位来逼近MRS信号优化求解初始相位。实验结果表明,所提出基于离散短时傅里叶变换的信号参数优化提取方法优于传统的信号参数提取方法,能在复杂噪声环境中有效获取信号参数。4、针对噪声抑制算法的消噪效果和信号参数提取的准确性受原始数据影响的问题,本文研制了抗工频磁共振采集系统。具体设计了采集系统的低噪声前置放大电路、带通滤波电路以及工频陷波电路硬件等。通过对系统测试比较,该系统可以有效抑制大量通带外噪声和特定工频处的谐波噪声,有效提高原始数据质量。为进一步验证本文算法和系统的实际效果,开展野外地下水探测试验。通过对野外数据的尖峰抑制、信号参数提取以及反演解释,验证了本文方法和系统的实用性。本文的创新点包括以下几方面:1、提出了基于同步挤压小波变换与改进阈值算法的磁共振信号尖峰脉冲噪声抑制方法。该方法使用同步挤压小波变换将MRS含噪信号分解为不同尺度的小波系数,采用改进阈值算法处理分解后的小波系数,对处理后的小波系数进行重构,实现尖峰噪声的抑制。该方法相比连续小波变换和时域阈值替代法,具有更好的频率分辨率、尖峰识别能力以及尖峰抑制效果,而且在抑制噪声时可有效保留信号,具有良好的适应性。该算法可避免拉莫尔频率处信号与噪声混叠对信号参数有效提取的影响,有利于MRS仪器在尖峰噪声复杂环境中进行应用。2、提出了基于离散短时傅里叶变换的MRS信号参数优化提取方法。传统的MRS信号参数提取,通常使用同步检测-线性拟合或非线性拟合方法,其参数提取精度依赖滤波效果。本文提出的基于离散短时傅里叶变换的信号参数提取方法,克服了传统方法在时域信号参数提取过程中容易受残余噪声影响的缺点。与传统方法的比对实验表明本文方法可从频率域提取出了更高精度的MRS信号参数,具有接近理想带通滤波器的优势。该方法为复杂噪声环境下获取MRS信号参数提供了方法支撑和新思路。3、提出了强工频谐波干扰下MRS采集系统设计方案,在保障采集电路低噪声后将窄带通滤波电路与工频陷波电路相结合,研制了抗工频全波采集系统。该系统可实现对环境中工频噪声的有效抑制,防止放大电路饱和失真,增强了系统的可靠性。该系统相比传统的宽频带采集系统具有更好的抗干扰能力,有效提高原始采集数据质量,为MRS方法在复杂工频噪声干扰环境中应用提供了有效的技术装备。