[發(fā)明專利]一種基于正交基函數(shù)處理標(biāo)量磁異常梯度信號的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010260844.5
• 申請日: 2020-04-03
• 公開（公告）號: CN111399066B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樊黎明;趙維娜;王惠剛;劉建國;劉星;胡浩
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)青島研究院;西北工業(yè)大學(xué);上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08;G01V3/38
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發(fā)明涉及一種基于正交基函數(shù)處理標(biāo)量磁異常梯度信號的方法，通過分析目標(biāo)產(chǎn)生的磁異常梯度，設(shè)計了磁異常梯度的4個基函數(shù)。由于4個基函數(shù)為線性無關(guān)，通過格拉姆?施密特正交化和歸一化，獲得標(biāo)量磁異常梯度信號的正交基函數(shù)。根據(jù)正交基函數(shù)的性質(zhì)和測量磁異常梯度信號，計算出對應(yīng)正交基函數(shù)的系數(shù)。利用該系數(shù)設(shè)計了磁性目標(biāo)的探測指數(shù)及目標(biāo)方位參數(shù)。當(dāng)探測指數(shù)大于設(shè)置閾值時，實現(xiàn)磁異常的探測。然后，根據(jù)正交基函數(shù)的系數(shù)獲得目標(biāo)的方位信息。本發(fā)明能夠有效抑制磁噪聲對目標(biāo)探測的影響，提高輸出信噪比，實現(xiàn)對弱磁異常的探測與定位。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明所涉及到一種基于正交基函數(shù)處理標(biāo)量磁異常梯度信號的方法。該方法可廣泛用于能源礦藏勘測、水下各種管線探測、水下目標(biāo)探測、水下考古、沉船勘測、掃雷反潛等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

地磁場是地球的一個天然的物理場，它有各種不同的起源，由不同變化規(guī)律的磁場成分疊加而成。按照場源位置劃分，地磁場可以分為內(nèi)源場和外源場。如果考慮地磁場隨時間的變化特征，將隨時間變化較快的地磁場成為地球的變化磁場，隨時間變化較慢或者基本不變的地磁場成為地球的穩(wěn)定磁場。同時地磁場是反映宇宙演變、地球演變、地質(zhì)結(jié)構(gòu)演變以及地震活動等過程的重要物理量之一。地磁場研究成果在航海、航空、航天、能源礦產(chǎn)、安全、考古等領(lǐng)域中有著廣泛而重要的應(yīng)用。

磁性目標(biāo)產(chǎn)生的磁場疊加到地磁場上，使得其周圍空間的磁場分布發(fā)生變化，形成磁異常。通過對磁異常的探測與反演，可以實現(xiàn)目標(biāo)的識別、定位與追蹤。由于磁異常隨距離的三次方快速衰減，這就導(dǎo)致遠(yuǎn)距離目標(biāo)產(chǎn)生的磁異常通過掩埋在磁噪聲中。傳統(tǒng)的噪聲抑制方法在一定程度上能夠提高磁異常的探測能力。但當(dāng)信噪比小于1dB，基于噪聲抑制的探測方法對目標(biāo)的探測能力就變得非常有限。同時，傳統(tǒng)的探測方法不能給出目標(biāo)的方位信息，不能滿足對目標(biāo)定位的需求。因此，需要有效的弱磁異常探測方法提高低信噪比下的磁性目標(biāo)的探測與定位的能力。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

針對現(xiàn)有技術(shù)在低信噪比下的目標(biāo)探測能力不足，本發(fā)明提供一種基于正交基函數(shù)處理標(biāo)量磁異常梯度信號的方法，提高低信噪比下目標(biāo)探測能力。

技術(shù)方案

一種基于正交基函數(shù)處理標(biāo)量磁異常梯度信號的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：采集磁場數(shù)據(jù)，獲得磁性目標(biāo)在X、Y和Z方向磁異常梯度G_x,G_y,G_z；

步驟2：構(gòu)建4個正交基函數(shù)，如下：

其中，D＝|D|表示位于測線上的梯度傳感器距離最近點的距離，R₀＝|R₀|表示目標(biāo)到測線的最近點的距離；

步驟3：利用正交基函數(shù)和磁場梯度信號，獲得對應(yīng)正交基函數(shù)的系數(shù)，如下：

其中，m表示窗口的中心值，l表示數(shù)據(jù)處理窗口的長度；

步驟4：利用磁異常梯度的正交基函數(shù)對應(yīng)的系數(shù)，構(gòu)建磁性目標(biāo)的探測指數(shù)，如下：

將E與閾值T進行比較來判斷是否探測到磁異常：當(dāng)E≥T，磁異常存在，即存在磁性目標(biāo)；當(dāng)E＜T，無磁異常，即不存在磁性目標(biāo)；

步驟5：當(dāng)E≥T，根據(jù)正交基函數(shù)的系數(shù)的關(guān)系，構(gòu)建目標(biāo)的方位指數(shù)：

當(dāng)D_θ＞0時，目標(biāo)位于磁梯度儀運動測線的北側(cè)；當(dāng)D_θ＜0時，目標(biāo)位于磁梯度儀運動測線的南側(cè)。

有益效果