[發明專利]一種基于地磁異常數據形態特征的邊界補償方法

有效

• 申請號: 201310585653.6
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103577607B
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 趙玉新;常帥;萬程程;韓自發;李旺;吳迪;杜雪;賈韌鋒
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于地磁導航領域，特別涉及一種基于地磁異常數據形態特征的邊界補償方法。

背景技術

地磁導航是一種新興的無源、自主導航方式，相比傳統導航方法具有全天候、全地域、隱蔽性好、無積累誤差等優點。地磁異常場是地磁導航中的主要參考量，由地殼表面分布和局部地理特征如礦產、巖石、人造磁場等產生，空間結構復雜，磁異常強度隨空間位置變化明顯，且在時間上變化非常穩定，由許多大小尺度不等、正負相間的磁場分布區組成，精確的地磁異常數據分析是實現高精度地磁導航的關鍵。由于進行精細的磁異常測量難度較大、測量過程非常復雜，因此目前所掌握的地磁異常場數據多呈區域性分布，從而導致利用實測數據插值重構導航用基準圖或進行多尺度分解操作時面臨著邊界效應的重大影響。邊界效應是指對區域性地磁異常數據進行插值或分解等操作時，由于邊界區域缺少參考信息，從而造成邊界區域分析結果誤差過大甚至發散的現象，而這種誤差甚至會深入到數據內部，從而大大降低分析結果的利用價值。因此，本專利發明一種邊界補償方法，旨在增加地磁異常數據邊界處的參考信息，減小邊界區域的分析誤差，提高地磁導航的可靠性。

解決邊界效應問題的本質方法就是在所研究數據周圍添加適量可靠的參考點，很多學者對該問題進行了研究。喬玉坤分別使用了支持向量機和BP神經網絡方法預測導航區域邊緣位置的基準數據，從而減弱邊界效應的影響；譚斌利用徑向基函數進行邊界插值約束，減小了所構建區域地磁場模型的預測偏差；楊云濤采用邊界插值約束的Tayler多項式擬合法進行區域地磁場建模，有效改善了建模過程中存在的邊界效應問題；在空間數據多尺度分解方面，經驗模態分解法是非常優秀且常用的方法，在二維空間數據分解過程中，受邊界效應的影響，所構建的包絡面產生畸變，從而導致多尺度分解準確性的降低，鏡像法、神經網絡預測、多項式外延法、灰度預測等方法被用來解決該問題。但是這些方法都存在很強的局限性，尤其是對于隨機分布特性較強的地磁異常場，無論是支持向量機、神經網絡、灰度預測等方法的模型預測能力，還是鏡像法、多項式外延等補償方法的準確性都將大大降低。

本專利發明了一種全新的基于地磁異常數據形態相似性的邊界補償方法。地磁異常場作為一種廣泛分布的空間變量，分布不規則形強，同時又有著很強的自相似性，Spector等進行了航磁數據譜的統計分析，表明地磁異常具有明顯的分形特征。本專利首先在對所研究地磁異常數據進行零均值平移的基礎上，進行了形態特征的提取，避免了不同數據集之間由于磁異常強度不同從而導致的特征提取結果的差異；將數據集分割成眾多數據塊單元，在消除單元之間相似性冗余的基礎上，建立了具有普遍適用性的多層級地磁異常數據補償單元數據庫。對于任何待分析的地磁異常數據，均可以從該數據庫中提取補償單元進行邊界補償。同時該數據庫具有良好的可擴充性，隨著實測數據量的增多，可不斷對其進行豐富。本方法極大的提高了邊界補償的便捷性；同時相比于已有方法，能夠更加有效的改善地磁異常數據分析時的邊界效應問題，增強分析結果的可靠性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種進一步提高邊界補償的準確性和可靠性的基于地磁異常數據形態特征的邊界補償方法。

本發明的目的是這樣實現的：

一種基于地磁異常數據形態特征的邊界補償方法，

(1)對實測地磁異常數據進行規則網格化處理：

選用克里金法作為網格化插值方法，網格化后所得規則網格數據集D₀(x,y)在測線方向上間隔為0.001°，在測線垂直方向上的間隔為0.002°；

(2)平移地磁異常網格數據集，使均值為零：

計算規則網格數據集D₀(x,y)的均值M₀，將數據集在xy平面垂直方向上平移|M₀|距離，使得平移后所得零均值網格數據集D(x,y)的均值M為零；

(3)對平移后的零均值網格數據集進行二維經驗模態分解：

對平移后的零均值網格數據集進行二維經驗模態分解，得到本征模態函數分量和一個殘余項；

(4)對二維經驗模態分解結果進行形態特征提取：

利用直接微分法對分解所得前兩個本征模態函數分量進行雙向瞬時頻率和幅值特征的提取，利用其他分量進行趨勢項幅值特征的計算；

(5)分割數據塊單元，實時消除相鄰單元的特征相似性冗余：