众所周知,中国地大物博,但环境、人口、资源等一系列问题却日益严峻,尤其是淡水资源最为匮乏,这也迫使地下水的勘探和合理利用成为了现阶段最受关注的科研热点。磁共振测深技术(Magnetic Resonance Sounding,MRS)是当下能够直接获取地下水质信息最为直接有效的地球物理探测方法,广泛应用在水资源勘查、评价以及堤坝渗漏、矿井/隧道突涌水等方面。随着科技的不断发展,虽然MRS探测仪器在精度和探测深度方面得到了提高,但由于MRS信号属于极其微弱的纳伏级信号,采集到的信号容易受到环境中复杂尖峰噪声、随机噪声和工频谐波噪声的干扰,其中影响最为严重的是随机噪声和工频谐波噪声。强噪声干扰导致提取MRS信号的特征参数的准确度降低,进而影响后续的反演解释。因此,如何滤除环境噪声,实现MRS信号特征参数的有效提取是地下水探测领域的关键问题,也是近年来核磁共振消噪领域的热点和难点之一。匹配追踪(Matching Pursuit,MP)方法作为一种时频分析工具,是通过在过完备原子库中将信号进行稀疏分解,找到与之最匹配的原子进行重构,再根据信噪特征剔除噪声原子,筛选出有用原子进行重构,实现有用信号提取的方法。由于该方法具有有精细刻画信号局部信息等优势,因而在信号特征提取、去噪重建等信号处理领域获得了广泛应用。本文在查阅大量文献资料的基础上,提出基于匹配追踪的MRS信号噪声滤除方法,预计消噪精度要求为△E0在±5%以内,△T2*在±10%以内,信噪比提升值在15dB～25dB之间。首先,根据MRS信号特征,选择MP方法常用原子库:Gabor和离散余弦变换(DCT)。通过对比两种原子库的重构结果,选择稀疏分解效果更理想的Gabor原子库。通过基于Gabor原子库的MP消噪算法处理后,均能满足预期要求,且信噪比提升值高达38dB。为了验证算法的性能,开展了与独立成分分析(ICA)方法的对比实验,验证了基于Gabor原子库的匹配追踪方法的消噪性能,但适用范围有限,且存在在构造过完备原子库时计算量大、复杂度高,导致重构过程耗时长,精度较低的问题。然后,鉴于磁共振信号自身及其工频谐波噪声的特征,提出开展基于构造振荡原子库的匹配追踪算法研究。根据衰减系数ρ值提出两步消噪方案:(1)限定ρ = 0(此时为谐波振荡),找到与对应工频最为匹配的最佳原子,重构该工频并减掉,以此类推直至去除所有工频为止;(2)经第一步去除工频干扰后,令ρ =1/T2*(此时所得残差信号中只含MRS信号和随机噪声),找到与MRS信号匹配的最佳原子,直接重构提取有用信号,实现随机噪声的去除。经仿真实验论证,通过基于振荡原子库的MP消噪算法处理后,均能满足预期要求。而且,通过合理设置P值的搜索范围及步长,还能够避免工频基频在50 ± 0.2Hz范围内波动所引起的误差。通过与目前滤除工频干扰最为有效的谐波建模方法进行仿真对比,进一步说明了基于振荡原子库的MP消噪算法的优越性。最后,针对常用原子库和振荡原子库的消噪处理能力,开展实测数据采集实验。分别采用基于Gabor和振荡原子库的MP消噪算法对各组实测数据进行处理,验证了本文所提基于匹配追踪的MRS信号噪声滤除方法的实用性。