一种基于混频迭代的磁共振信号频率测量方法

本发明属于信号测量领域，具体涉及一种基于混频迭代的磁共振信号频率测量方法。

背景技术：

1、基于核磁共振原理的质子磁力仪、overhauser磁力仪被广泛运用于地磁勘探、考古发掘、地磁异常检测等领域。这类磁力仪在进行弱磁测量过程中，通过传感器输出的磁共振信号的频率来反映被测磁场的强度，因此对磁共振信号频率的精确测量，对微弱磁场的精确测量至关重要。

2、由于磁力仪传感器直接输出磁共振信号极其微弱，处于微伏及以下量级，因此从磁共振信号接收到传输的整个过程中会混入各种各样的噪声，而噪声则是影响磁力仪测量的信号频率精度的关键因素之一。

3、面对上述问题，为了提高弱磁测量的精确度，相关领域研究人员提出了诸多频率测频算法，其中常用的方法包括基于快速傅里叶变换（fft）的插值测频法、多通道等精度频率测量算法、多通道插值方法等，这些频率测量算法不同程度的降低了噪声对磁共振信号频率测量精度的影响，获得了相对较高的精度，但在抗干扰能力、频率测量精度等方面仍存在进一步提升的空间。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种基于混频迭代的磁共振信号（fid信号）的频率测量方法。

2、本发明的上述目的通过以下技术手段实现：

3、一种基于混频迭代的磁共振信号频率测量方法，包括以下步骤：

4、步骤s1、将磁共振信号检测装置输出的待测磁共振信号分为两路，一路进行模数转换模块采样获得离散 fid信号，进一步获得第一路粗测频率 f fft；另一路转化为方波后经过多通道等精度频率测量方法进行测量，获得第二路粗测频率 f equ，选取其中一路的粗测频率作为最终粗测频率 f coa；

5、步骤s2、对离散fid信号进行相位调整，得到初始相位为零的 fidz信号，并生成初始频率为 f coa初始相位为零的余弦信号；

6、步骤s3、将余弦信号与 fidz信号进行数字混频、低通滤波、以及算术平均得到混频滤波输出；

7、步骤s4、以预设频率步进 f step调整余弦信号频率并实施步骤s3直至相邻两次混频滤波输出的符号相异；

8、步骤s5、结合二分法对余弦信号频率进行进一步调整并实施步骤s3直至混频滤波小于设定参数val，计算离散 fid信号的最终输出频率 f out。

9、如上所述步骤s1中第一路粗测频率通过对离散fid信号采用快速傅里叶变换求解获得。

10、如上所述步骤s1中最终粗测频率 f coa通过以下步骤获得：

11、将第一路粗测频率 f fft和第二路粗测频率 f equ相减并取绝对值，当该绝对值大于傅里叶变换的频谱分辨率时，选取第一路粗测频率 f fft作为最终粗测频率 f coa，当该绝对值小于等于傅里叶变换的频谱分辨率时，选取第二路粗测频率 f equ作为最终粗测频率 f coa。

12、如上所述频谱分辨率为，为离散fid信号的采样率，为采样点数。

13、如上所述步骤s3中混频滤波输出基于以下公式表示：，

14、其中，时间参数 a=-1/ t2， meai为混频滤波输出， t为时间， k1为 fidz信号的初始幅度， t2为磁共振信号横向弛豫时间， w为余弦信号频率与 fidz信号频率的角频率差， w=2π( f fid- f std)， f fid为fidz信号频率， f std为余弦信号频率。

15、如上所述步骤s3中的低通滤波运算的上限截止频率小于最终粗测频率 f coa。

16、如上所述步骤s4包括以下步骤：

17、步骤s4.1、预设 f step为频率步进，将步骤s3中的余弦信号的频率增加 f step，重复步骤s3获得混频滤波输出；

18、步骤s4.2、记当前实施步骤s3获得混频滤波输出为 mea 2，对应的余弦信号为当前余弦信号；记前次实施步骤s3获得混频滤波输出为 mea 1；

19、步骤s4.3：如果混频滤波输出 mea 1与混频滤波输出 mea 2符号相同，则将当前余弦信号的频率加 f step后重复实施步骤s3后返回步骤s4.2；如果混频滤波输出 mea 1与混频滤波输出 mea 2符号相异，则将混频滤波输出 mea 1和混频滤波输出 mea 2中大于零的记为混频滤波输出 mea l，将混频滤波输出 mea 1和混频滤波输出 mea 2中小于零的记为混频滤波输出 mea r，混频滤波输出 mea l和混频滤波输出 mea r对应的余弦信号频率分别为 f l与 f r，进入步骤s5。

20、如上所述步骤s5包括以下步骤：

21、步骤s5.1：选取余弦信号频率 f l与余弦信号频率 f r的中间值频率 f c，将步骤s3中的余弦信号的频率替换为中间值频率 f c，实施步骤s3获得的混频滤波输出记为 mea c并进入步骤s5.2；

22、步骤s5.2：如果混频滤波输出 mea c与混频滤波输出 mea l符号相异则将混频滤波输出 mea c的值赋予混频滤波输出 mea r，中间值频率 f c的值赋予余弦信号频率 f r；

23、如果混频滤波输出 mea c与混频滤波输出 mea r符号相异则将混频滤波输出 mea c的值赋予混频滤波输出 mea l，中间值频率 f c的值赋予余弦信号频率 f l；

24、若混频滤波输出 mea l和混频滤波输出 mea r的绝对值都小于设定参数 val，则进入步骤s5.3；否则，返回步骤s5.1；

25、步骤s5.3：根据最后一次实施步骤s5.2获得的混频滤波输出 mea l、混频滤波输出 mea r、余弦信号频率 f l、以及余弦信号频率 f r，利用线性拟合计算可得离散 fid信号的最终输出频率 f out。

26、如上所述步骤s5.3中最终输出频率 f out基于以下公式获得：

27、。

28、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

29、1、在现有频率测量的基础上进一步提高了磁共振信号频率测量的精度。

30、2、基于本发明的混频滤波特性，可有效提高对低信噪比磁共振信号的频率测量的稳定性。

31、3、基于提高磁共振信号频率测量的精度，可以使质子磁力仪、overhauser磁力仪的磁场测量绝对精度与灵敏度得到较大提升，从而更好地运用于地质勘探、地质灾害监测等领域。

32、4、为其他涉及单一信号频率测量的相关领域提供参考思路。