基于多频坐标轴旋转的地雷探测背景干扰抑制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及基于多频坐标轴旋转的地雷探测背景干扰抑制方法及系统。强矿化土壤背景场干扰是低频电磁探雷中面临的主要问题之一。针对这一问题，本发明专利技术利用在强矿化土壤所产生的土壤背景场对激励频率不敏感的特征，通过双频激励在事前获取校正系数，在此基础上通过坐标轴旋转抵消土壤背景场的虚分量，获取纯目标二次场的虚分量，从而实现目标探测；此外，还可以将双频扩展到多频，从而进一步降低探测器的虚警率。本方法不仅可以用于地雷探测，还可用于入地较深的未爆炸弹药的探测。

【技术实现步骤摘要】
基于多频坐标轴旋转的地雷探测背景干扰抑制方法及系统
本专利技术涉及一种地雷探测方法，尤其涉及利用低频电磁感应法在强矿化土壤上进行地雷探测时，对土壤背景场干扰进行抑制方法。
技术介绍
当利用低频电磁感应法对含有金属部件的地雷进行地雷探测时，会受到土壤背景场的干扰，通过采用虚分量电磁法可以进行土壤背景场的抑制。这种方法在矿化程度不高的土壤上的进行探测时比较有效，然而在磁土等强矿化土壤上虽然也能观察到明显的目标二次场虚分量信号，但是目标二次场幅度下降明显且土壤背景场虚分量的干扰也凸显出来。在矿区磁性土等强矿化土壤中，土壤背景场虚分量波动较大，其上下限值和目标二次场的虚分量的峰值非常接近，因此很难实现对仅含有微量金属的地雷进行有效探测。在低频电磁感应探测中，常规的土壤背景场抑制方法是虚分量法，即通过单次相敏检波的解调出目标二次场虚分量。然而，在磁性土等特殊的强矿化土壤上，土壤背景场的虚分量仍然不可忽略，严重时仍会对微量金属产生的微弱目标二次场造成显著影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对上述目前在强矿化土壤背景下的低频电磁感应地雷探测器的性能的不足，提供基于多频坐标轴旋转的地雷探测背景干扰抑制方法及系统解决上述问题。基于多频坐标轴旋转的地雷探测背景干扰抑制方法，应用于金属探测设备，金属探测设备包括发射线圈、接收线圈、激励信号振荡器、信号处理模块和处理器，包括：步骤0：激励信号振荡器产生方波信号至发射线圈，方波信号包含第一激励频率和第二激励频率；步骤1：分别建立第一激励频率和第二激励频率下的第一激励信号和第二激励信号的矢量图；步骤2：设第一激励信号的第一激励频率为f1，在坐标轴XY中，一次场为土壤背景场为目标二次场为将目标二次场和土壤背景场的相位分别设置在第三象限和第二象限，在X轴和Y轴上的投影分别为和土壤背景场和目标二次场的矢量和为土壤背景场与一次场的夹角为将坐标轴XY进行旋转使X轴与土壤背景场的方向一致，旋转角度为新的坐标轴为X1Y1，得到系数和设第二激励信号的第二激励频率为f2，在坐标轴XY中，一次场为土壤背景场为目标二次场为将目标二次场和土壤背景场的相位分别设置在第三象限和第二象限，在X轴和Y轴上的投影分别为和土壤背景场和目标二次场的矢量和为土壤背景场与一次场的夹角为将坐标轴XY进行旋转使X轴与土壤背景场的方向一致，旋转角度为新的坐标轴为X2Y2，得到系数和步骤3：设在坐标轴XY下，第一激励信号的土壤背景场校正系数为第二激励信号的土壤背景场校正系数为且有：在非矿化背景土壤环境下，上式中在进行正式探测前对探测区域附近的标准场地进行扫描获得；在矿化背景土壤环境下，获取第一激励信号的土壤背景场校正系数和第二激励信号的土壤背景场校正系数的关系：步骤4：设第一激励信号下的土壤背景场在旋转后的新坐标轴上的分量经过校正后分别为和分别获取目标二次场在坐标轴X1Y1上的分量和同样设第二激励信号下的土壤背景场在旋转后上的新坐标轴上的分量经过校正后分别为和分别获取目标二次场在坐标轴X2Y2上的分量和根据新坐标轴旋转到与土壤背景场一致的方向，即且两个激励频率下的土壤背景场在新坐标轴上的X分量经过前面的校正后相等，即从而分别得到两个激励频率下的土壤背景场和目标二次场的矢量和：步骤5：根据步骤4中得到的两个激励频率下的土壤背景场和目标二次场的矢量和和将和在新坐标轴上的X轴分量分别两两相减用于消除土壤背景场，剩下和在新坐标轴上的Y轴分量包含纯目标二次场信息；上述步骤1至步骤5均在信号处理模块中完成，最后处理器接收步骤5最后得到的纯目标二次场信息并根据该纯目标二次场信息进行探测识别工作。进一步的，可选取多对激励信号，进行步骤1至步骤5的操作，得到多组目标二次场信息，以降低地雷探测工作时的虚警率。进一步的，激励信号与一次场、目标二次场和土壤背景场的关系是：方波振荡器输出含有多频正弦波信号、频率分别为f1，f2…,fn的方波，作为激励信号送入发射线圈通过发射线圈发出多频一次场，接收线圈用于接收多频一次场和地雷中金属部件、矿化土壤在发射线圈发出的多频一次场作用下分别产生相同频点的多频目标二次场和多频土壤背景场。进一步的，步骤2中土壤背景场与一次场的夹角通过在进行正式探测前对探测区域附近的标准场地进行扫描获得。基于多频坐标轴旋转的地雷探测背景干扰抑制系统，应用于金属探测设备，金属探测设备包括发射线圈、接收线圈、激励信号振荡器、信号处理模块和处理器，包括：激励信号振荡器：用于发射激励信号至发射线圈以驱动发射线圈发出一次场，地雷中金属部件在发射线圈发出的一次场作用下产生目标二次场；接收线圈：用于接收一次场、目标二次场和土壤背景场；信号处理模块：用于分别建立第一激励频率和第二激励频率下的第一激励信号和第二激励信号的矢量图；还用于设第一激励信号的第一激励频率为f1，在坐标轴XY中，一次场为土壤背景场为目标二次场为将目标二次场和土壤背景场的相位分别设置在第三象限和第二象限，在X轴和Y轴上的投影分别为和土壤背景场和目标二次场的矢量和为土壤背景场与一次场的夹角为将坐标轴XY进行旋转使X轴与土壤背景场的方向一致，旋转角度为新的坐标轴为X1Y1，得到系数和设第二激励信号的第二激励频率为f2，在坐标轴XY中，一次场为土壤背景场为目标二次场为将目标二次场和土壤背景场的相位分别设置在第三象限和第二象限，在X轴和Y轴上的投影分别为和土壤背景场和目标二次场的矢量和为土壤背景场与一次场的夹角为将坐标轴XY进行旋转使X轴与土壤背景场的方向一致，旋转角度为新的坐标轴为X2Y2，得到系数和还用于设在坐标轴XY下，第一激励信号的土壤背景场校正系数为第二激励信号的土壤背景场校正系数为且有：在非矿化背景土壤环境下，上式中在进行正式探测前对探测区域附近的标准场地进行扫描获得；在矿化背景土壤环境下，获取第一激励信号的土壤背景场校正系数和第二激励信号的土壤背景场校正系数的关系：还用于设第一激励信号下的土壤背景场在旋转后的新坐标轴上的分量经过校正后分别为和分别获取目标二次场在坐标轴X1Y1上的分量和同样设第二激励信号下的土壤背景场在旋转后上的新坐标轴上的分量经过校正后分别为和分别获取目标二次场在坐标轴X2Y2上的分量和还用于根据新坐标轴旋转到与土壤背景场一致的方向，即且两个激励频率下的土壤背景场在新坐标轴上的X分量经过前面的校正后相等，即从而分别得到两个激励频率下的土壤背景场和目标二次场的矢量和：还用于根据得到的两个激励频率下的土壤背景场和目标二次场的矢量和和将和在新坐标轴上的X轴分量分别两两相减用于消除土壤背景场，剩下和在新坐标轴上的Y轴分量包含纯目标二次场信息；处理器：用于接收信号处理模块处理得到的纯目标二次场信息并根据该纯目标二次场信息进行探测识别工作。进一步的，可选取多对激励信号，得到多组目标二次场信息，以降低地雷探测工作时的虚警率。进一步的，激励信号与一次场、目标二次场和土壤背景场的关系是：方波振荡器输出含有多频正弦波信号、频率分别为f1，f2…,fn的方波，作为激励信号送入发射线圈通过发射线圈发出多频一次场，接收线圈用于接收多频一次场和地雷中金属部件、矿化土壤在发射线圈发出的多频一次场作用下分别产生相同频点的多频目标二次场和多频土壤背景场。进一步的，土壤背景本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于多频坐标轴旋转的地雷探测背景干扰抑制方法，应用于金属探测设备，金属探测设备包括发射线圈、接收线圈、激励信号振荡器、信号处理模块和处理器，其特征在于，包括：步骤0：激励信号振荡器产生方波信号至发射线圈，方波信号包含第一激励频率和第二激励频率；步骤1：分别建立第一激励频率和第二激励频率下的第一激励信号和第二激励信号的矢量图；步骤2：设第一激励信号的第一激励频率为f1，在坐标轴XY中，一次场为

【技术特征摘要】
1.基于多频坐标轴旋转的地雷探测背景干扰抑制方法，应用于金属探测设备，金属探测设备包括发射线圈、接收线圈、激励信号振荡器、信号处理模块和处理器，其特征在于，包括：步骤0：激励信号振荡器产生方波信号至发射线圈，方波信号包含第一激励频率和第二激励频率；步骤1：分别建立第一激励频率和第二激励频率下的第一激励信号和第二激励信号的矢量图；步骤2：设第一激励信号的第一激励频率为f1，在坐标轴XY中，一次场为土壤背景场为目标二次场为将目标二次场和土壤背景场的相位分别设置在第三象限和第二象限，在X轴和Y轴上的投影分别为和土壤背景场和目标二次场的矢量和为土壤背景场与一次场的夹角为将坐标轴XY进行旋转使X轴与土壤背景场的方向一致，旋转角度为新的坐标轴为X1Y1，得到系数和设第二激励信号的第二激励频率为f2，在坐标轴XY中，一次场为土壤背景场为目标二次场为将目标二次场和土壤背景场的相位分别设置在第三象限和第二象限，在X轴和Y轴上的投影分别为和土壤背景场和目标二次场的矢量和为土壤背景场与一次场的夹角为将坐标轴XY进行旋转使X轴与土壤背景场的方向一致，旋转角度为新的坐标轴为X2Y2，得到系数和步骤3：设在坐标轴XY下，第一激励信号的土壤背景场校正系数为第二激励信号的土壤背景场校正系数为且有：在非矿化背景土壤环境下，上式中在进行正式探测前对探测区域附近的标准场地进行扫描获得；在矿化背景土壤环境下，获取第一激励信号的土壤背景场校正系数和第二激励信号的土壤背景场校正系数的关系：步骤4：设第一激励信号下的土壤背景场在旋转后的新坐标轴上的分量经过校正后分别为和分别获取目标二次场在坐标轴X1Y1上的分量和同样设第二激励信号下的土壤背景场在旋转后上的新坐标轴上的分量经过校正后分别为和分别获取目标二次场在坐标轴X2Y2上的分量和根据新坐标轴旋转到与土壤背景场一致的方向，即且两个激励频率下的土壤背景场在新坐标轴上的X分量经过前面的校正后相等，即从而分别得到两个激励频率下的土壤背景场和目标二次场的矢量和：步骤5：根据步骤4中得到的两个激励频率下的土壤背景场和目标二次场的矢量和和将和在新坐标轴上的X轴分量分别两两相减用于消除土壤背景场，剩下和在新坐标轴上的Y轴分量包含纯目标二次场信息；上述步骤1至步骤5均在信号处理模块中完成，最后处理器接收步骤5最后得到的纯目标二次场信息并根据该纯目标二次场信息进行探测识别工作。2.根据权利要求1所述的基于多频坐标轴旋转的地雷探测背景干扰抑制方法，其特征在于，可选取多对激励信号，进行步骤1至步骤5的操作，得到多组目标二次场信息，以降低地雷探测工作时的虚警率。3.根据权利要求1所述的基于多频坐标轴旋转的地雷探测背景干扰抑制方法，其特征在于，激励信号与一次场、目标二次场和土壤背景场的关系是：方波振荡器输出含有多频正弦波信号、频率分别为f1，f2…,fn的方波，作为激励信号送入发射线圈通过发射线圈发出多频一次场，接收线圈用于接收多频一次场和地雷中金属部件、矿化土壤在发射线圈发出的多频一次场作用下分别产生相同频点的多频目标二次场和多频土壤背景场。4.根据权利要求1所述的基于多频坐标轴旋转的地雷探测背景干扰抑制方法，其特征在于，步骤2中土壤背景场与一次场的夹角通过在进行正式探测前对探测区域附近的标准场地进行扫描获得。5.基于多...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛健，罗望，程飞，董浩斌，刘欢，邱香域，霍治帆，李晗，王文杰，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42