基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪方法及系统。方法包括：建立磁梯度数据综合补偿模型；根据所述磁梯度综合补偿模型，得到观测数据的时间变化率信号；根据所述时间变化率信号，构建基于信号变化率的补偿方程；根据所述基于信号变化率的补偿方程，建立数据拟合目标函数；对所述拟合目标函数进行求解，得到补偿参数；根据所述补偿参数，确定补偿后的磁梯度数据；根据所述补偿后的磁梯度数据对补偿效果进行评估。采用本发明专利技术的方法或装置能够提高最终补偿信号的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪方法及系统
本专利技术涉及地球物理航空磁法勘探
，特别是涉及一种基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪方法及系统。
技术介绍
航空磁法勘探是一种重要并广泛应用于矿产和环境勘测的地球物理勘探技术手段。近年来，基于超导量子干涉仪(SQUID)的磁梯度测量系统大力发展，使得直接测量高精度的磁梯度数据成为可能，而超导全张量磁梯度仪因其高信息量、高磁场灵敏度、体积小等诸多优点，被认为是第三代航磁探测的发展方向。目前，我国已建设有基于SQUID的全张量磁梯度测量平台原型机，不同于传统的采用机载方式进行测量的航磁梯度测量飞行平台，该原型机将磁梯度测量仪及相关设备(GPS、惯导系统(INS)、读入读出电路等)装载于一个吊舱内，并通过直升机拖曳的方式进行飞行测量，该方式将大大降低直升机对磁测量干扰的影响，甚至在拖曳缆绳足够长的条件下直升机影响可以忽略不计，但吊舱内仍然存在大量会产生磁干扰的设备，因此有效地通过磁补偿处理提高飞行平台的测量精度，以实现高分辨率磁梯度测量具有重要的意义。由于磁梯度张量测量系统采用SQUID传感器的高灵敏度特性，因此在低空勘察飞行中地磁场梯度对于传感器的影响不可以忽略，而利用传统的高空测试飞行获得的补偿系数则无法补偿低空飞行中磁梯度信号对于传感器的干扰影响，因此直接使用传统的补偿方法(即利用高空飞行数据获得补偿系数直接对低空勘察飞行数据进行补偿的方式)无法获得精度满足要求的磁梯度处理数据。因此针对这一问题，需要改变原有的补偿操作方式，直接对低空飞行勘察数据进行补偿。但这一过程中需要面对的重要问题是，诱导产生干扰源的磁梯度信号同时也可能是针对勘察目的的有效信号，那么如何在压制干扰的前提下保留这些有效信号，提高最终重构信号的信噪比，成为磁梯度数据处理中的一个重要的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪方法及系统，能够提高最终补偿信号的信噪比。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪方法，包括：建立磁梯度数据综合补偿模型；根据所述磁梯度综合补偿模型，得到观测数据的时间变化率信号；根据所述时间变化率信号，构建基于信号变化率的补偿方程；根据所述基于信号变化率的补偿方程，建立数据拟合目标函数；对所述拟合目标函数进行求解，得到补偿参数；根据所述补偿参数，确定补偿后的磁梯度数据；根据所述补偿后的磁梯度数据对补偿效果进行评估。可选的，所述根据所述磁梯度综合补偿模型，得到观测数据的时间变化率信号，具体包括：根据所述磁梯度综合补偿模型，构建补偿方程Ax＝b；根据所述补偿方程，得到观测数据的时间变化率信号DA,Db；其中，A为直接获取的观测数据，b为用于补偿梯度值的观测数据，x为实际计算中使用的补偿参数，DA为直接获取的观测数据的时间变化率信号，Db为用于补偿梯度值的观测数据的时间变化率信号。可选的，所述根据所述时间变化率信号，构建基于信号变化率的补偿方程，具体包括：根据所述时间变化率信号，构建基于信号变化率的补偿方程DAx＝Db；其中，x为实际计算中使用的补偿参数，DA为直接获取的观测数据的时间变化率信号，Db为用于补偿梯度值的观测数据的时间变化率信号。可选的，所述对所述拟合目标函数进行求解，得到补偿参数，具体包括：基于Lp范数数据拟合方法，获取初始的补偿参数和初始补偿数据；计算所述初始补偿数据的一阶时间变化率；根据所述一阶时间变化率分析有效信号的区域特征，得到分析结果；根据所述分析结果确定Lp范数阶数p和q的取值；根据所述p和q的取值，通过重加权Gauss-Newton迭代算法求解所述数据拟合目标函数，得到补偿参数。可选的，所述根据所述补偿后的磁梯度数据对补偿效果进行评估，具体包括：根据所述补偿后的磁梯度数据，采用标准化参数对补偿效果进行评估，所述标准化参数包括均方根、标准差和改善比。一种基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪系统，包括：补偿模型建立模块，用于建立磁梯度数据综合补偿模型；时间变化率信号获取模块，用于根据所述磁梯度综合补偿模型，得到观测数据的时间变化率信号；补偿方程确定模块，用于根据所述时间变化率信号，构建基于信号变化率的补偿方程；目标函数确定模块，用于根据所述基于信号变化率的补偿方程，建立数据拟合目标函数；求解模块，用于对所述拟合目标函数进行求解，得到补偿参数；磁梯度数据确定模块，用于根据所述补偿参数，确定补偿后的磁梯度数据；评估模块，用于根据所述补偿后的磁梯度数据对补偿效果进行评估。可选的，所述时间变化率信号获取模块，具体包括：第一补偿方程确定单元，用于根据所述磁梯度综合补偿模型，构建补偿方程Ax＝b；时间变化率信号获取单元，用于根据所述补偿方程，得到观测数据的时间变化率信号DA,Db；其中，A为直接获取的观测数据，b为用于补偿梯度值的观测数据，x为实际计算中使用的补偿参数，DA为直接获取的观测数据的时间变化率信号，Db为用于补偿梯度值的观测数据的时间变化率信号。可选的，所述补偿方程确定模块，具体包括：第二补偿方程确定单元，用于根据所述时间变化率信号，构建基于信号变化率的补偿方程DAx＝Db；其中，x为实际计算中使用的补偿参数，DA为直接获取的观测数据的时间变化率信号，Db为用于补偿梯度值的观测数据的时间变化率信号。可选的，所述求解模块，具体包括：基于Lp范数数据拟合方法，获取初始的补偿参数和初始补偿数据；计算所述初始补偿数据的一阶时间变化率；根据所述一阶时间变化率分析有效信号的区域特征，得到分析结果；根据所述分析结果确定Lp范数阶数p和q的取值；根据所述p和q的取值，通过重加权Gauss-Newton迭代算法求解自适应Lp范数数据拟合的目标函数。可选的，所述评估模块，具体包括：评估单元，用于根据所述补偿后的磁梯度数据，采用标准化参数对补偿效果进行评估，所述标准化参数包括均方根、标准差和改善比。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供一种基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪方法，可以有效提高最终补偿后磁梯度信号的信噪比，使得补偿算法能方便直接的适用于高灵敏度磁梯度传感器的数据补偿。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪方法流程图；图2为本专利技术磁化率分布值图；图3为本专利技术磁梯度传感器G1通道测量信号及不同方法补偿数据值比较；图4为本专利技术磁梯度传感器G2通道测量信号及不同方法补偿数据值比较；图5为本专利技术磁梯度传感器G3通道测量信号及不同方法补偿数据值比较；图6为本专利技术磁梯度传感器G4通道测量信号及不同方法补偿数据值比较；图7为本专利技术磁梯度传感器G5通道测量信号及不同方法补偿数据值比较；图8为本专利技术磁梯度传感器G6通道测量信号及不同方法补偿数据值比较；图9为本专利技术基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪系统结构图；图10通过本专利技术算法对实际G1通道的磁梯度计测量值的补偿及滤波处理结果示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪方法，其特征在于，包括：建立磁梯度数据综合补偿模型；根据所述磁梯度综合补偿模型，得到观测数据的时间变化率信号；根据所述时间变化率信号，构建基于信号变化率的补偿方程；根据所述基于信号变化率的补偿方程，建立数据拟合目标函数；对所述拟合目标函数进行求解，得到补偿参数；根据所述补偿参数，确定补偿后的磁梯度数据；根据所述补偿后的磁梯度数据对补偿效果进行评估。

【技术特征摘要】
1.一种基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪方法，其特征在于，包括：建立磁梯度数据综合补偿模型；根据所述磁梯度综合补偿模型，得到观测数据的时间变化率信号；根据所述时间变化率信号，构建基于信号变化率的补偿方程；根据所述基于信号变化率的补偿方程，建立数据拟合目标函数；对所述拟合目标函数进行求解，得到补偿参数；根据所述补偿参数，确定补偿后的磁梯度数据；根据所述补偿后的磁梯度数据对补偿效果进行评估。2.根据权利要求1所述的基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪方法，其特征在于，所述根据所述磁梯度综合补偿模型，得到观测数据的时间变化率信号，具体包括：根据所述磁梯度综合补偿模型，构建补偿方程Ax＝b；根据所述补偿方程，得到观测数据的时间变化率信号DA,Db；其中，A为直接获取的观测数据，b为用于补偿梯度值的观测数据，x为实际计算中使用的补偿参数，DA为直接获取的观测数据的时间变化率信号，Db为用于补偿梯度值的观测数据的时间变化率信号。3.根据权利要求1所述的基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪方法，其特征在于，所述根据所述时间变化率信号，构建基于信号变化率的补偿方程，具体包括：根据所述时间变化率信号，构建基于信号变化率的补偿方程DAx＝Db；其中，x为实际计算中使用的补偿参数，DA为直接获取的观测数据的时间变化率信号，Db为用于补偿梯度值的观测数据的时间变化率信号。4.根据权利要求1所述的基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪方法，其特征在于，所述对所述拟合目标函数进行求解，得到补偿参数，具体包括：基于Lp范数数据拟合方法，获取初始的补偿参数和初始补偿数据；计算所述初始补偿数据的一阶时间变化率；根据所述一阶时间变化率分析有效信号的区域特征，得到分析结果；根据所述分析结果确定拟合Lp范数阶数p和q的取值；根据所述p和q的取值，通过重加权Gauss-Newton迭代算法求解所述数据拟合目标函数，得到补偿参数。5.根据权利要求4所述的基于扩展补偿模型的航磁张量数据抑噪方法，其特征在于，所述根据所述补偿后的磁梯度数据对补偿效果进行评估，具体包括：根据所述补偿后的磁梯度数据，采用标准化参数对补偿效果进行评估，所述标准化参数包括均方根、标准差和改善比。6.一种基于混合范数拟合的航磁梯度张量数据抑噪系...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪双西，郭子祺，乔彦超，刘建英，秦静欣，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11