磁偶极子探测方法、系统及设备技术方案

本发明专利技术提供一种磁偶极子探测方法、系统及设备。本发明专利技术所提供的方法包括：获取磁信号、探测器探测时的移动速度、探测器探测时的采样率、第一隐变量和第一增量；随后，对磁信号分解为第一目标信号和噪声信号，获得第一目标信号为单位正交基和第一正交系数的点积；进而，获得磁信号与第一目标信号之间的第一均方误差；根据第一均方误差，基于模糊EM算法的E步骤获得第二隐变量，第二隐变量为较优值；根据第二隐变量，基于模糊EM算法的M步骤获得收敛均方误差、最大概率的最优正交系数和最优隐变量。本发明专利技术所提供的磁偶极子探测方法获得最终结果的过程用时短、误差小，并且能准确对采集到的磁信号进行准确分析。

【技术实现步骤摘要】
磁偶极子探测方法、系统及设备
本专利技术涉及磁目标探测领域，尤其涉及一种磁偶极子探测方法、系统及设备。
技术介绍
研究磁偶极子探测问题在现代工业、能源和医疗救援等领域都有着重大的意义。在磁偶极子探测过程中存在两个关键概念：“微弱信号”和“含隐变量”。“微弱信号”是指采集的信号信噪比较低，一般会低于0dB，甚至达到-30dB到-40dB。这是由于磁偶极子目标本身磁偶极矩较小或者探测器离目标较远所致。而过低的信噪比将会使得目标信号淹没于噪声中，从而影响对目标的探测性能。“含隐变量”是指探测模型中某些不可直接测得的参数。它的存在使得模型不可确定，从而对目标信号的估计与检测带来不良影响。在磁偶极子探测中，目标与探测器之间的距离往往是不可知的，而这一探测距离在探测模型中是不可或缺的一部分，也就是说，目标与探测器之间的距离就是该探测问题中的隐变量。对于隐变量所带来的影响，传统的方法是对其先进行估计，在得到有效的隐变量估计值后重构模型和匹配函数，从而构建统计量进行检测。这种先估计的方法具有很大误差，不能准确对采集到的磁信号进行准确分析。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种误差小分析准确的磁偶极子探测方法、系统及设备，其中所述方法包括：获取磁信号、探测器探测时的移动速度、探测器探测时的采样率、第一隐变量和第一增量，其中，所述第一隐变量为磁偶极子与探测器探测时所走路径的最短距离的初始预设值；将所述磁信号分解为第一目标信号和噪声信号，根据所述移动速度、所述采样率和所述第一隐变量，获得所述第一目标信号为单位正交基和第一正交系数的点积；获取所述磁信号与所述第一目标信号之间的第一均方误差；根据所述第一均方误差，基于EM算法的E步骤获得第二隐变量，所述第二隐变量为较优值；根据所述第二隐变量，基于EM算法的M步骤获得收敛均方误差、最大概率的最优正交系数和最优隐变量。在一个实施例中，所述根据所述第一均方误差，基于EM算法的E步骤获得第二隐变量，所述第二隐变量为较优值的步骤，包括：对所述第一隐变量和所述第一增量叠加以获得所述第二隐变量；根据所述第二隐变量和所述单位正交基获得第二目标信号，进而获得所述磁信号与所述第二目标信号之间的第二均方误差；当所述第二均方误差小于所述第一均方误差时，输出所述第二隐变量。在一个实施例中，所述根据所述第一均方误差，基于EM算法的E步骤获得第二隐变量，所述第二隐变量为较优值的步骤，还包括：当所述第二均方误差大于等于所述第一均方误差时，将所述第一增量的值减半，返回对所述第一隐变量和所述第一增量叠加以获得所述第二隐变量的步骤。在一个实施例中，所述根据所述第二隐变量，基于EM算法的M步骤获得收敛均方误差、最大概率的最优正交系数和最优隐变量的步骤，包括：根据所述第二隐变量，通过最大似然函数获得第二正交系数；根据所述第二隐变量、所述第二正交系数和所述单位正交基获得第三目标信号，进而获得所述磁信号与所述第三目标信号之间的第三均方误差；当所述第三均方误差小于收敛阈值时，获得所述收敛均方误差为所述第三均方误差、所述最优正交系数为所述第二正交系数和最优隐变量为所述第二隐变量。在一个实施例中，所述根据所述第二隐变量，基于EM算法的M步骤获得收敛均方误差、最大概率的最优正交系数和最优隐变量的步骤，还包括：当所述第三均方误差大于等于收敛阈值时，将所述第三均方误差赋值给所述第一均方误差，返回对所述第一隐变量和所述第一增量叠加以获得所述第二隐变量的步骤。在一个实施例中，所述方法还包括：获取所述收敛均方误差的三倍与采样窗口宽度的比值和有效信号能量，获得能量无偏估计量为所述有效信号能量与所述比值的差值，所述有效信号能量为最优正交系数的平方和；对所述能量无偏估计量与所述收敛均方误差的比值求对数值，获得所述磁信号的信噪比为所述对数值的十倍。本专利技术还提供一种磁偶极子探测系统，包括：参数获取模块，用于获取磁信号、探测器探测时的移动速度、探测器探测时的采样率、第一隐变量和第一增量，其中，所述第一隐变量为磁偶极子与探测器探测时所走路径的最短距离的初始预设值；正交分解模块，用于将所述磁信号分解为第一目标信号和噪声信号，根据所述移动速度、所述采样率和所述第一隐变量，获得所述第一目标信号为单位正交基和第一正交系数的点积；第一均方误差获取模块，用于获取所述磁信号与所述第一目标信号之间的第一均方误差；较优隐变量获取模块，用于根据所述第一均方误差，基于EM算法的E步骤获得第二隐变量，所述第二隐变量为较优值；最优值获取模块，用于根据所述第二隐变量，基于EM算法的M步骤获得收敛均方误差、最大概率的最优正交系数和最优隐变量。在一个实施例中，所述较优隐变量获取模块包括：第二隐变量获取单元，用于对所述第一隐变量和所述第一增量叠加以获得所述第二隐变量；第二均方误差获取单元，用于根据所述第二隐变量和所述单位正交基获得第二目标信号，进而获得所述磁信号与所述第二目标信号之间的第二均方误差；判断输送单元，用于当所述第二均方误差小于所述第一均方误差时，输出所述第二隐变量。在一个实施例中，所述较优隐变量获取模块，还包括：均方误差判断大于单元，当所述第二均方误差大于等于所述第一均方误差时，将所述第一增量的值减半，返回对所述第一隐变量和所述第一增量叠加以获得所述第二隐变量的步骤。在一个实施例中，所述最优值获得模块，包括：第二正交系数获得单元，用于根据所述第二隐变量，通过最大似然函数获得第二正交系数；第三均方误差获得单元，用于根据所述第二隐变量、所述第二正交系数和所述单位正交基获得第三目标信号，进而获得所述磁信号与所述第三目标信号之间的第三均方误差；最优值获得单元，当所述第三均方误差小于收敛阈值时，获得所述收敛均方误差为所述第三均方误差、所述最优正交系数为所述第二正交系数和最优隐变量为所述第二隐变量。在一个实施例中，所述最优值获得模块，还包括：大于收敛阈值判断单元，用于当所述第三均方误差大于等于收敛阈值时，将所述第三均方误差赋值给所述第一均方误差，返回对所述第一隐变量和所述第一增量叠加以获得所述第二隐变量的步骤的步骤。在一个实施例中，还包括：能量无偏估计量获得模块，用于获取所述收敛均方误差的三倍与采样窗口宽度的比值和有效信号能量，获得能量无偏估计量为所述有效信号能量与所述比值的差值，所述有效信号能量为最优正交系数的平方和；信噪比获得模块，用于对所述能量无偏估计量与所述收敛均方误差的比值求对数值，获得所述磁信号的信噪比为所述对数值的十倍。本专利技术还提供一种磁偶极子探测设备，包括处理器、存储器以及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被所述处理器处理时实现上述任意一项所述方法的步骤。本专利技术的有益效果是：本专利技术所提供的磁偶极子探测方法基于的EM算法，同时处理隐变量与目标信号，并在EM算法的E步骤中获取较优隐变量，使获得最终结果的过程用时短、误差小，并且能准确对采集到的磁信号进行准确分析。附图说明图1为磁偶极子探测模型图；图2为一个实施例的磁偶极子探测方法的流程图；图3为一个实施例的磁偶极子探测方法中的单位正交基示意图；图4为一个实施例的磁偶极子探测方法中根据所述第一均方误差，基于EM算法的E步骤获得第二隐变量，所述第二隐变量为较优值的步骤的流程图；图5为一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁偶极子探测方法，其特征在于，所述方法包括：获取磁信号、探测器探测时的移动速度、探测器探测时的采样率、第一隐变量和第一增量，其中，所述第一隐变量为磁偶极子与探测器探测时所走路径的最短距离的初始预设值；将所述磁信号分解为第一目标信号和噪声信号，根据所述移动速度、所述采样率和所述第一隐变量，获得所述第一目标信号为单位正交基和第一正交系数的点积；获取所述磁信号与所述第一目标信号之间的第一均方误差；根据所述第一均方误差，基于EM算法的E步骤获得第二隐变量，所述第二隐变量为较优值；根据所述第二隐变量，基于EM算法的M步骤获得收敛均方误差、最大概率的最优正交系数和最优隐变量。

【技术特征摘要】
1.一种磁偶极子探测方法，其特征在于，所述方法包括：获取磁信号、探测器探测时的移动速度、探测器探测时的采样率、第一隐变量和第一增量，其中，所述第一隐变量为磁偶极子与探测器探测时所走路径的最短距离的初始预设值；将所述磁信号分解为第一目标信号和噪声信号，根据所述移动速度、所述采样率和所述第一隐变量，获得所述第一目标信号为单位正交基和第一正交系数的点积；获取所述磁信号与所述第一目标信号之间的第一均方误差；根据所述第一均方误差，基于EM算法的E步骤获得第二隐变量，所述第二隐变量为较优值；根据所述第二隐变量，基于EM算法的M步骤获得收敛均方误差、最大概率的最优正交系数和最优隐变量。2.如权利要求1所述的磁偶极子探测方法，其特征在于，所述根据所述第一均方误差，基于EM算法的E步骤获得第二隐变量，所述第二隐变量为较优值的步骤，包括：对所述第一隐变量和所述第一增量叠加以获得所述第二隐变量；根据所述第二隐变量和所述单位正交基获得第二目标信号，进而获得所述磁信号与所述第二目标信号之间的第二均方误差；当所述第二均方误差小于所述第一均方误差时，输出所述第二隐变量。3.如权利要求2所述的磁偶极子探测方法，其特征在于，所述根据所述第一均方误差，基于EM算法的E步骤获得第二隐变量，所述第二隐变量为较优值的步骤，还包括：当所述第二均方误差大于等于所述第一均方误差时，将所述第一增量的值减半，返回对所述第一隐变量和所述第一增量叠加以获得所述第二隐变量的步骤。4.如权利要求1所述的磁偶极子探测方法，其特征在于，所述根据所述第二隐变量，基于EM算法的M步骤获得收敛均方误差、最大概率的最优正交系数和最优隐变量的步骤，包括：根据所述第二隐变量，通过最大似然函数获得第二正交系数；根据所述第二隐变量、所述第二正交系数和所述单位正交基获得第三目标信号，进而获得所述磁信号与所述第三目标信号之间的第三均方误差；当所述第三均方误差小于收敛阈值时，获得所述收敛均方误差为所述第三均方误差、所述最优正交系数为所述第二正交系数和最优隐变量为所述第二隐变量。5.如权利要求4所述的磁偶极子探测方法，其特征在于，所述根据所述第二隐变量，基于EM算法的M步骤获得收敛均方误差、最大概率的最优正交系数和最优隐变量的步骤，还包括：当所述第三均方误差大于等于收敛阈值时，将所述第三均方误差赋值给所述第一均方误差，返回对所述第一隐变量和所述第一增量叠加以获得所述第二隐变量的步骤。6.如权利要求1所述的磁偶极子探测方法，其特征在于，所述方法还包括：获取所述收敛均方误差的三倍与采样窗口宽度的比值和有效信号能量，获得能量无偏估计量为所述有效信号能量与所述比值的差值，所述有效信号能量为最优正交系数的平方和；对所述能量无偏估计量与所述收敛均方误差的比值求对数值，获得所述磁信号的信噪比为所述对数值的十倍。7.一种磁偶极子探测系统，其特征在于，包括：参数获取模块，用于获取磁信号、探测器探测时的移动速...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭静波，谭博，常广，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11