一种消除磁探测平台振动干扰磁场的方法和系统技术方案

本公开提供了一种消除磁探测平台振动干扰磁场的方法和系统，所述方法包括：根据飞行物标定飞行航磁数据，获取补偿参数；对所述航磁数据通过所述补偿参数进行补偿得到一维数据，对所述一维数据进行Hankel变换得到Hankel矩阵，对所述Hankel矩阵进行奇异值分解、截断处理获得截断的特征信号矩阵；对所述截断特征信号矩阵进行信号重构，得到谐波干扰磁场；根据所述谐波干扰磁场，建立用于消除所述谐波干扰磁场的滤波器；获取实时测量数据，对所述实时测量数据通过所述补偿参数进行补偿，利用所述滤波器将补偿后的实时测量数据进行滤波，消除所述实时测量数据中的谐波干扰磁场。

A Method and System for Eliminating Vibration Disturbance Magnetic Field of Magnetic Detection Platform

【技术实现步骤摘要】
一种消除磁探测平台振动干扰磁场的方法和系统
本公开涉及一种消除磁探测平台振动干扰磁场的方法和系统。
技术介绍
舰船及其他水下平台产生的极低频电磁场和磁异常被认为是水下目标磁探测的重要特征。航空磁探测因其快速、有效、安全性而受到广泛的重视与应用。在磁探测过程中，光泵磁力仪通常固联在直升机或者固定翼等飞行平台上，由于飞机平台由铁磁性材料制成，在地磁场环境下，飞机会对光泵磁力仪探头探测产生干扰磁场，该干扰磁场会严重影响磁测系统对于目标信号的探测能力。因此，研究消除飞机的干扰磁场的有效手段具有重要的意义。传统的航磁补偿方法一般用于消除由于飞机姿态变化引起的干扰，这对于改善系统探测磁异常信号相当有效。但是对于直升机平台，由于固定磁力仪的探杆的振动引起的干扰磁场，在传统的补偿模型中并未考虑。基于现有研究表明直升机探杆在航空磁探测过程中存在谐振运动，谐振频率在极低频范围内，因此探测磁力仪会受到极低频频段的干扰磁场的影响，这些干扰场通常具有孤立的频点特性，将对航磁系统探测极低频电磁信号产生严重影响。
技术实现思路
本公开的一个方面提供了一种消除磁探测平台振动干扰磁场的方法，所述方法包括：步骤S1，根据飞行物标定飞行航磁数据，获取补偿参步骤S2，对所述航磁数据通过所述补偿参数进行补偿得到一维数据，对所述一维数据进行Hankel变换得到Hankel矩阵，对所述Hankel矩阵进行奇异值分解、截断处理得到截断的特征信号矩阵；步骤S3，对所述截断的特征信号矩阵进行信号重构，得到谐波干扰磁场；步骤S4，根据所述谐波干扰磁场，建立用于消除所述谐波干扰磁场的滤波器；步骤S5，获取实时测量数据，对所述实时测量数据通过所述补偿参数进行补偿，利用所述滤波器将补偿后的实时测量数据进行滤波，消除所述实时测量数据中的谐波干扰磁场。本公开另一个方面提供了一种消除磁探测平台振动干扰磁场的系统，所述系统包括：补偿参数获取模块，用于根据飞行物标定飞行航磁数据，获取补偿参数；截断的特征信号矩阵获取模块，用于对所述航磁数据通过所述补偿参数进行补偿得到一维数据，对所述一维数据进行Hankel变换得到Hankel矩阵，对所述Hankel矩阵进行奇异值分解、截断处理得到截断的特征信号矩阵；信号重构模块，用于对所述截断的特征信号矩阵进行信号重构，得到谐波干扰磁场；滤波器建立模块，用于根据所述谐波干扰磁场，建立用于消除所述谐波干扰磁场的滤波器；实时消除干扰磁场模块，用于获取实时测量数据，对所述实时测量数据通过所述补偿参数进行补偿，利用所述传递函数将补偿后的实时测量数据进行滤波，消除所述实时测量数据中的谐波干扰磁场。附图说明为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：图1示意性示出了本公开实施例提供的消除磁探测平台振动干扰磁场的方法的方法流程图；图2A示意性示出了本公开实施例中当s(t)仅含基频1Hz正弦信号时的功率谱图；图2B示意性示出了本公开实施例中当s(t)仅含基频1Hz正弦信号时的奇异值图；图2C示意性示出了本公开实施例中当s(t)含基频1Hz与谐波2Hz的正弦信号时的功率谱图；图2D示意性示出了本公开实施例中当s(t)含基频1Hz与谐波2Hz的正弦信号时的奇异值图；图2E示意性示出了本公开实施例中当s(t)含基频1Hz与谐波2Hz与3Hz的正弦信号时的功率谱图；图2F示意性示出了本公开实施例中当s(t)含基频1Hz与谐波2Hz与3Hz的正弦信号时的奇异值图；图3示意性示出了本公开实施例中的自适应滤波算法框图；图4示意性示出了本公开实施例1中航磁补偿飞行轨迹及其比例图；图5A示意性示出了本公开实施例1中补偿飞行补偿前后的磁场数据；图5B示意性示出了本公开实施例1中的功率谱图；图6示意性示出了本公开实施例1中的奇异值分解方法处理前后的磁场数据；图7A示意性示出了本公开实施例1中的奇异值分解方法处理前的时频图；图7B示意性示出了本公开实施例1中的奇异值分解方法处理后的时频图；图8示意性示出了本公开实施例2中飞行测线与线圈布置示意图；图9示意性示出了本公开实施例2中当信号源处于关闭状态时，测线1的测量数据经过本公开提供的方法处理前后的结果；图10示意性示出了本公开实施例2中当信号源处于开启状态时，测线1的测量数据经过本公开提供的方法处理前后的结果；图11A示意性示出了本公开实施例2中图10的测量信号在处理前的时频图；图11B示意性示出了本公开实施例2中图10的测量信号在处理后的时频图；图12A示意性示出了本公开实施例2中测线2处理前信号在0-5Hz的时频图；图12B示意性示出了本公开实施例2中测线2处理前信号在5-10Hz的时频图；图12C示意性示出了本公开实施例2中测线2处理后信号在0-5Hz的时频图；图12D示意性示出了本公开实施例2中测线2处理后信号在5-10Hz的时频图；图13示意性示出了本公开实施例提供的消除磁探测平台振动干扰磁场系统的结构示意图；图14示意性示出了本公开实施例提供的消除磁探测平台振动干扰磁场系统的处理过程示意框图。具体实施方式以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。本公开的一个实施例提供了一种消除磁探测平台振动干扰磁场的方法，参见图1，所述方法包括步骤S1～步骤S5的内容：步骤S1，根据飞行物标定飞行航磁数据，获取补偿参数，具体地，本实施例以直升飞机磁探测平台为例，为避免近地区域内磁性干扰源及地磁梯度的影响，直升机探测系统在高空(约3000米)进行补偿标定飞行实验；采用去除并线性项的16项Tolles-Lawson航磁平台干扰补偿模型，利用标定飞行实验数据，通过岭回归方法获取补偿参数。Tolles-Lawson航磁干扰模型将载体平台干扰场分为恒定干扰、感应干扰与涡流干扰磁场三类。其中，恒定干扰磁场主要由载体平台中铁磁性材料中剩磁产生的干扰场；感应干扰磁场主要由载体平台内的软磁材料在外磁场作用的感生磁矩产生的磁场；涡流干扰磁场主要来源于载体平台内部金属等高导电率材料在平台运动过程中切割磁感线形成涡流，进而产生干扰磁场。为建立飞机平台磁干扰补偿的数学模型，定义与飞机三轴相重合的参考坐标系，其中x轴代表飞机横向，指定左舷为其正；y轴代表飞机纵向，指定飞行方向为正；z轴为飞机垂直方向，指定向下为正。将与飞机固定联结磁通门的三轴输出分别记为T、L、V，其中T代表地磁场横向分量；L代表地磁场纵向分量；V代表地磁场垂向分量。则地磁场He表达如式(5)。地磁场矢量在坐标系下的方向余弦u1，u2，u3可用磁通门传感器输出磁场表达如式(6)。载体平台干扰磁场可分为三类，如下式(7)。其中HPerm(t)、HInd(t)、HEddy分别表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消除磁探测平台振动干扰磁场的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1，根据飞行物标定飞行航磁数据，获取补偿参数；步骤S2，对所述航磁数据通过所述补偿参数进行补偿得到一维数据，对所述一维数据进行Hankel变换得到Hankel矩阵，对所述Hankel矩阵进行奇异值分解、截断处理得到截断的特征信号矩阵；步骤S3，对所述截断的特征信号矩阵进行信号重构，得到谐波干扰磁场；步骤S4，根据所述谐波干扰磁场，建立用于消除所述谐波干扰磁场的滤波器；步骤S5，获取实时测量数据，对所述实时测量数据通过所述补偿参数进行补偿，利用所述滤波器将补偿后的实时测量数据进行滤波，消除所述实时测量数据中的谐波干扰磁场。

【技术特征摘要】
1.一种消除磁探测平台振动干扰磁场的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤S1，根据飞行物标定飞行航磁数据，获取补偿参数；步骤S2，对所述航磁数据通过所述补偿参数进行补偿得到一维数据，对所述一维数据进行Hankel变换得到Hankel矩阵，对所述Hankel矩阵进行奇异值分解、截断处理得到截断的特征信号矩阵；步骤S3，对所述截断的特征信号矩阵进行信号重构，得到谐波干扰磁场；步骤S4，根据所述谐波干扰磁场，建立用于消除所述谐波干扰磁场的滤波器；步骤S5，获取实时测量数据，对所述实时测量数据通过所述补偿参数进行补偿，利用所述滤波器将补偿后的实时测量数据进行滤波，消除所述实时测量数据中的谐波干扰磁场。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：根据Tolles-Lawson航磁补偿模型，通过岭回归方法获取所述补偿参数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：对所述航磁数据通过所述补偿参数进行补偿得到一维数据，获取所述一维数据中的谐波干扰磁场个数；对所述一维数据进行Hankel变换得到Hankel矩阵，对所述Hankel矩阵进行奇异值分解得到截断的特征信号矩阵，根据所述谐波干扰磁场个数确定所述奇异值分解中的截断项数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述一维数据中的谐波干扰磁场个数，包括：通过Welch功率谱估计，获取所述一维数据中的谐波干扰磁场个数。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述Hankel矩阵进行奇异值分解、截断处理得到截断的特征信号矩阵，包括：将所述Hankel矩阵H写作H＝HH+HM，其中HM和HH分别代表一维数据中待测磁场xm(n)和谐波干扰磁场xh(n)的汉克尔变换；对Hankel矩阵H进行奇异值分解，分解过程表达如下式：H＝U∑VT(1)其中∑＝diag(σ1，σ2，，σM)且σ1≥σ2，…，≥σM≥0表示矩阵的奇异值，U和V分别为左特征向量与右特征向量；分解后的矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯永强，陈路昭，朱万华，纪奕才，方广有，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11