[發明專利]基于前饋網絡的無人機航磁全軸梯度磁干擾補償的方法

有效

• 申請號: 201710273714.3
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN106842344B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 張群英;吳佩霖;陳路昭;費春嬌;許鑫;朱萬華;方廣有
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01V3/38
• 分類號: G01V3/38
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明提供了一種基于前饋網絡的無人機航磁全軸梯度磁干擾補償的方法，包括：對標定飛行數據進行小波變換和歸一化的預處理操作，然后將歸一化的前饋網絡輸入向量送入建立好的前饋網絡進行訓練，采用正則化的代價函數，利用誤差后向傳播算法迭代求解穩定的前饋網絡參數，將最終收斂的網絡作為補償網絡；對勘探飛行數據進行同樣的預處理操作以及將勘探飛行數據送入得到的補償網絡進行計算，獲得飛機干擾磁場的估計，并獲得磁干擾補償。通過訓練前饋網絡得到穩定的網絡參數，將其作為補償網絡對勘探飛行的數據進行補償，有效回避了最小二乘算法中逆矩陣不穩定和過擬合的問題，還擴展了前饋網絡的泛化性能，實現了無人機航磁全軸梯度磁干擾補償。

技術領域

本發明屬于地球物理航空磁法勘探領域，涉及一種基于前饋網絡的無人機航磁全軸梯度磁干擾補償的方法。

背景技術

航空磁法勘探作為一種重要的航空物探手段在地球物理領域獲得廣泛的應用，傳統的航磁勘探平臺以有人機為主，近十年來，隨著無人機技術的發展，無人機被廣泛的應用到航空磁法勘探領域。無人機相較有人機來說，具有廉價、高效、安全等顯著優點，但無人機由于具有飛機尺寸較小，探頭間基線較短等特征，在獲取的航磁梯度數據中干擾磁場的影響非常顯著，進而嚴重影響了航磁勘探的數據質量和最終成圖效果。因此，有效去除飛機干擾磁場對無人機的影響在航磁梯度測量中具有重要的意義。

目前國內針對干擾磁場這一技術問題主要通過磁補償設備諸如RMS公司的AADC系列磁補償儀，PICO公司的航磁補償設備等來解決，上述設備均基于傳統的航磁補償算法設計，先將光泵磁力儀和磁通門磁力儀采集到的數據通過一個低通濾波器，濾除部分和飛機磁干擾不相關的噪聲，其后通過最小二乘算法，達到去除飛機干擾磁場的目的。而上述無人機航磁補償方法仍存在如下技術問題：

基于最小二乘算法的補償方法容易引起過擬合的現象，算法的泛化性能受到限制，傳統的航磁補償算法模型中存在復共線性的問題，采用最小二乘算法對特征矩陣求逆時，由于條件數過大導致逆矩陣不穩定，不能較好的解決該問題；另一方面，常見無人機在搭載一定的載荷后機動性較差，無法實現標準標定飛行中的橫滾、俯仰、偏航等機動飛行，因此為有人機設計的標定飛行無法應用在常見無人機上。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明提供了一種基于前饋網絡的無人機航磁全軸梯度磁干擾補償的方法，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種基于前饋網絡的無人機航磁全軸梯度磁干擾補償的方法，包括：對標定飛行數據進行小波變換和歸一化的預處理操作，獲得歸一化的前饋網絡輸入向量；將歸一化的前饋網絡輸入向量送入建立好的前饋網絡進行訓練，采用正則化的代價函數，利用誤差后向傳播算法迭代求解穩定的前饋網絡參數，迭代直至收斂，將最終收斂的網絡作為補償網絡；對勘探飛行數據進行小波變換和歸一化的預處理操作，獲得作為輸入向量的勘探飛行數據；以及將作為輸入向量的勘探飛行數據送入補償網絡進行計算，并將補償網絡的輸出數據做反歸一化操作，獲得飛機干擾磁場的估計，從勘探飛行光泵磁力儀獲取的數據中減去飛機干擾磁場的估計即可獲得磁干擾補償。

在本發明的一個實施例中，代價函數表達式如下：

其中，G_H(n)為光泵磁力儀輸出數據的離散樣本點，為前饋網絡的預測輸出值，n為離散樣本點的個數，w_i,i+1表示第i層和第i+1層之間的權函數，β為正則化系數，用來控制正則化因子的量級，使正則化因子和偏差項處于同一量級。

在本發明的一個實施例中，前饋網絡進行訓練的運行過程對應的表達式為：

為輸入向量，為連接矩陣，為連接矩陣，為連接向量，為列向量，和均為列向量；