一种基于经典航磁补偿模型的改进型平台磁干扰补偿系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于经典航磁补偿模型的改进型平台磁干扰补偿系统，其中，可通过在经典磁探测系统基础上，增加辅助测量标量磁力仪构建双磁力仪磁测系统，利用经典补偿模型对双磁力仪分别进行干扰补偿，在此基础上，对剩余干扰磁场通过相关噪声抑制的方法进行二次消除，从而达到提升补偿性能的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于经典航磁补偿模型的改进型平台磁干扰补偿系统
本专利技术涉及地球物理磁法勘探、磁性目标探测等领域，尤其涉及一种基于经典航磁补偿模型的改进型平台磁干扰补偿系统。
技术介绍
磁法勘探作为一种被动目标探测手段，在水下目标探测、地球物理资源勘察等领域具有广泛的应用。尤其是航空磁法勘探，具有机动性好、效率高、安全性高等优点而备受重视。直升机与固定翼飞机是航空磁测过程中最常用的载体平台。在航磁测量过程中，由于飞行平台自身铁磁性材料及其航空电子单元等系统的电磁干扰都会对高精度磁力仪的探测产生影响，限制其探测性能，因此有效的补偿飞机的干扰磁场具有重要的意义。目前国内在航磁勘探领域主要使用的是国外的磁补偿设备，如RMS公司的AADC系列航磁数据收录与补偿系统。其补偿算法基于经典的航磁补偿算法设计，其算法流程图如图1所示。该算法其特点在于先将光泵磁力仪和磁通门磁力仪采集到的数据通过一个低通滤波器，滤除部分和飞机磁干扰不相关的噪声，其后通过最小二乘或者岭回归算法，达到去除飞机干扰磁场的目的。经典补偿模型与方法存在如下几点缺陷：(1)经典T-L干扰磁场模型将载体平台视为刚体，将干扰源划分为与姿态相关的三类干扰场。而实际的载体平台各部分间并非刚体连接，存在相对运动，因此利用单一姿态传感器确定机体姿态T-L模型存在近似性。(2)T-L模型中并未对载体内部存在的其他类别干扰源，比如航电系统、方向舵机控制电机、发动机等进行建模。而这类干扰源对于高性能航空磁测系统具有至关重要的作用。
技术实现思路
<br>本专利技术提供了一种基于经典航磁补偿模型的改进型平台磁干扰补偿系统，包括：测量磁力仪和辅助测量磁力仪；干扰补偿模块，对探测磁力仪和参考磁力仪分别进行干扰补偿，得到探测磁力仪和参考磁力仪干扰补偿后的磁场数据；剩余干扰补偿模块，对干扰补偿后的磁场数据中的剩余干扰磁场进行消除，得到目标磁场数据。本专利技术提供了一种基于经典航磁补偿模型的改进型平台磁干扰补偿方法，包括：步骤S101：利用经典航磁补偿模型对探测磁力仪和参考磁力仪分别进行干扰补偿，得到探测磁力仪和参考磁力仪二者干扰补偿后的磁场数据，干扰补偿后的磁场数据包括剩余干扰磁场；步骤S102：对干扰补偿后的磁场数据进行傅里叶变换，得到干扰补偿后的磁场数据的自功率谱与互功率谱；步骤S103：对自功率谱与互功率谱进行处理，并进行逆傅里叶变换，得到消除剩余干扰磁场后的目标磁场数据。其中，在步骤S101中，去除地磁场产生的直流信号。其中，在步骤S102中，忽略传感器的本底噪声影响。其中，在步骤S103中，利用传递函数与光泵磁力仪的测量磁场，还原目标测量信号。从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术针对经典航磁补偿模型中的不完备性，考虑未建模磁干扰源的特征复杂性。通过优化磁测系统涉及的方法对额外干扰进行二次消除，消除方法对任意性质的干扰源均有效。(2)通过本专利技术中的航磁系统与补偿方法，可以有效提升磁测系统性能，且对目标磁异常信号没有任何影响。附图说明图1为经典的航磁补偿算法。图2为基于双磁力仪的新型航空磁测系统。图3为补偿算法流程图。图4是本专利技术实施例的示意图，其中，(a)为OPM-I补偿标定飞行结果；(b)为OPM-1验证飞行结果。图5是本专利技术实施例的另一示意图，其中，(a)为OPM-II补偿标定飞行结果；(b)为OPM-II验证飞行结果。图6是本专利技术实施例的又一示意图，其中，(a)为标定飞行结果相关噪声抑制方法处理前后对比；(b)为验证飞行结果相关噪声抑制方法处理前后对比。图7是本专利技术实施例的又一示意图，其中，(a)为测线飞行示意图；(b)为图7(a)的测线飞行比例示意图。图8是本专利技术实施例的再一示意图，其中，(a)为模拟目标源关闭时，相关噪声抑制方法处理前、后的总场测量数据；(b)为模拟目标源关闭时，相关噪声抑制方法处理前、后的带通滤波后的数据。图9为模拟目标源打开时，相关噪声抑制方法处理前、后结果。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。本专利技术提供了一种基于经典航磁补偿模型的改进型平台磁干扰补偿系统；其中，可对经典航磁补偿模型的剩余干扰磁场进行二次消除，从而达到提升补偿性能的目的。对于经典T-L航磁补偿模型，经典T-L平台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，恒定干扰磁场主要为载体平台中铁磁性材料中剩磁产生的干扰场；感应干扰磁场主要为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。例如飞机平台的T-L干扰磁场模型，为建立飞机平台干扰磁场的数学模型，定义与飞机平台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。将与飞机固定联结的磁通门传感器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(1)。地磁场矢量(即地磁场He)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式如式(2)。根据T-L干扰磁场模型，可知载体平台干扰磁场可分为三类，如式(3)。HT(t)＝HPerm(t)+HInd(t)+HEddy(t)(3)其中，HPerm(t)表示恒定干扰，如式(4)。HInd(t)表示感应干扰，如式(5)。HEddy表示涡流干扰场，如式(6)。其中系数ck，k＝1，2，...18代表载体平台干扰补偿系数，对于固定平台，该补偿系数具有稳定性；变量Ai(t)，i＝1，2，...18可通过方向余弦及其导数计算得到。一旦获得航磁补偿系数，结合平台的姿态信息就可估算出平台产生的干扰磁场，从而达到消除平台磁干扰的目的。其中，经典航磁补偿算法采用LS算法，根据经典平台T-L干扰模型的研究，该模型的求解可划归为线性回归问题，因此采用LS算法可以实现航磁补偿参数的求解。利用式(3)、(4)、(5)和(6)，并考虑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于经典航磁补偿模型的改进型平台磁干扰补偿系统，其特征在于，包括：/n测量磁力仪和辅助测量磁力仪，/n干扰补偿模块，对探测磁力仪和参考磁力仪分别进行干扰补偿，得到探测磁力仪和参考磁力仪干扰补偿后的磁场数据；/n剩余干扰补偿模块，对干扰补偿后的磁场数据中的剩余干扰磁场进行消除，得到目标磁场数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于经典航磁补偿模型的改进型平台磁干扰补偿系统，其特征在于，包括：
测量磁力仪和辅助测量磁力仪，
干扰补偿模块，对探测磁力仪和参考磁力仪分别进行干扰补偿，得到探测磁力仪和参考磁力仪干扰补偿后的磁场数据；
剩余干扰补偿模块，对干扰补偿后的磁场数据中的剩余干扰磁场进行消除，得到目标磁场数据。


2.一种基于经典航磁补偿模型的改进型平台磁干扰补偿方法，其特征在于，包括：
步骤S101：利用经典航磁补偿模型对探测磁力仪和参考磁力仪分别进行干扰补偿，得到探测磁力仪和参考磁力仪二者干扰补偿后的磁场数据，干扰补偿后的磁场数据包括剩余干扰磁场；
步骤S102：对干扰补偿后的磁场数据进行傅里叶变换，...

【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