一种自适应的磁异常目标成像与检测方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应的磁异常目标成像与检测方法。本发明专利技术提出了磁异常目标信号采用三个自适应的基函数来表达，因此测量平台的移动路径能够是任意的，不限于匀速直线运动，在测线的拐弯处也能检测出目标信号；本发明专利技术提出了采用自适应的检测器的方法，整体求解模型系数，分离出平台干扰磁场、地磁梯度场、日变磁场和异常磁目标信号；本发明专利技术提出了一种磁异常目标成像方法，其像素值是信号能量与数据段能量之比，反应了目标存在于该成像位置的概率；最后，本发明专利技术提出了沿测线方向检测目标是否存在的方法，还提出了磁异常目标的定位方法，以及使用不变的磁异常目标磁矩z分量或第3分量特征来排除假目标位置。特征来排除假目标位置。特征来排除假目标位置。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应的磁异常目标成像与检测方法


[0001]本专利技术涉及磁异常目标检测技术，具体涉及一种自适应的磁异常目标成像与检测方法。

技术介绍

[0002]地球环境分布着稳定的磁场，铁磁性目标会导致其周围的磁场分布发生变化，称为磁异常。磁异常检测技术可以通过检测异常磁场来发现磁异常目标信号。由于其具有不受水文，天气等自然因素影响的优势，因此被广泛应用，比如埋地未爆炸物检测、隐蔽或遮掩的铁磁目标检测、海底或地下埋设管道检测、海底或江底淤泥覆盖的沉船检测等等。2002年，B.Ginzburg在《Processing of magnetic scalar gradiometer signals using orthonormalized functions》一文中提出了正交基函数检测的方法，将信号看做是由磁偶极子产生，可以表示成三个正交基函数的线性组合形式，再将三个基函数与测量的数据进行匹配滤波得到能量函数，通过设置能量阈值来检测是否存在目标。2004年，B.Ginzburg在发表的文章《An efficient method for processi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应的磁异常目标成像与检测方法，其特征在于，所述自适应的磁异常目标成像与检测方法包括以下步骤：1)数据获取：在测量平台上分别安装光泵磁力仪、三分量磁通门磁力仪、GPS和姿态仪；在检测前，光泵磁力仪采集得到一段日变磁噪声数据；在实际检测中，光泵磁力仪测量得到总磁场数据，同时三分量磁通门磁力仪测量得到三个磁场分量，GPS测量得到测量平台的经纬度和高度及被测量的时刻，以及姿态仪测量得到测量平台的偏航角、俯仰角和侧滚角；2)建立总磁场模型：光泵磁力仪测量得到的总磁场包括四部分磁场，表达式为：B
mea
(r,t)＝B
pla
(t)+B
geo
(r)+B
ion
(t)+S(r,r0)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，B
mea
(r,t)为总磁场，由光泵磁力仪测量得到，r和t为测量平台的位置和时间，B
pla
(t)为测量平台产生的干扰磁场，是时间的函数，B
geo
(r)为地质磁梯度场，是观测位置的函数，B
ion
(t)为日变磁噪声，是时间的函数，S(r,r0)为磁异常目标信号，是测量平台位置r和磁异常目标位置r0的函数；但是，由于测量平台是随着时间移动的，因此总磁场、地磁梯度场和磁异常目标信号都是时间的函数；地理坐标系的建立是x轴沿着经度线指向北极、y轴沿着纬度线指向东和z轴垂直指向地下；检测过程中，把测量的总磁场数据进行分段检测；3)四部分磁场分别建立模型:a)测量平台产生的干扰磁场模型：使用经典的T
‑
L模型,只保留固有磁场和感应磁场部分，得到测量平台产生的干扰磁场B
pla
(t)：其中，i＝1,
…
,8，c
i
为干扰磁场的补偿系数，h
i
(t)为磁补偿的基函数，表达式为：h1(t)＝u1(t)、h2(t)＝u2(t)、h3(t)＝u3(t)、h5(t)＝u1(t)u2(t)、h6(t)＝u1(t)u3(t)、h8(t)＝u2(t)u3(t)，u1(t)、u2(t)和u3(t)分别表示本地地球磁场相对于测量平台坐标x,y和z轴的方向矢量，表达式分别为：测量平台坐标x,y和z轴的方向矢量，表达式分别为：测量平台坐标x,y和z轴的方向矢量，表达式分别为：其中，B1(t)、B2(t)和B3(t)分别为三分量磁通门磁力仪测量得到的三个磁场分量；b)地质磁梯度场模型：对于测量平台的移动范围不超过测量平台与磁异常目标距离的五倍，采用线性函数来拟合地质磁梯度场，得到地质磁梯度场B
geo
(t)：B
geo
(t)＝g0+g1·
[x(t)
‑
x(t0)]+g2·
[y(t)
‑
y(t0)]+g3·
[z(t)
‑
z(t0)]
ꢀꢀꢀꢀ
(6)其中，x(t)为测量平台随着时间变化沿着x轴方向的坐标，y(t)为测量平台随着时间变化沿着y轴方向的坐标，z(t)为测量平台随着时间变化沿着z轴方向的坐标，x(t)、y(t)和z
(t)由安装在测量平台上的GPS测量得到的经纬度和高度经过换算得到，x(t0)、y(t0)和z(t0)为该段坐标数据的中心位置，g0是一个常数项，g1为沿着x轴方向的磁梯度，g2为沿着y轴方向的磁梯度,g3为沿着z轴方向的磁梯度；c)日变磁噪声模型：日变磁噪声主要来自电离层波动，日变磁噪声的协方差矩阵需通过预先测量一段时间的日变磁噪声数据来估算得到，在检测过程中不断更新；光泵磁力仪预先采集了一段长度为2N+1的日变磁噪声数据d(m),m∈[
‑
2N,0]，0为实际检测的起始时刻，将长度为2N+1的日变磁噪声数据写成(N+1)个长度为(N+1)的重叠数据段，即每次取(N+1)个长度的日变磁噪声数据，逐一向后移动一个，取N+1次，则第n段日变磁噪声数据b(n)：b(n)＝[d(1
‑
n),d(
‑
n),
…
,d(1
‑
n
‑
N)]
‑
d0(n),n＝1,2
…
N+1
ꢀꢀꢀꢀ
(7)其中d0(n)表示这一段数据的平均值，则估计的日变磁噪声的协方差矩阵R
nn
为：R
nn
＝[r
i,j
],i,j＝1,2
…
N+1
ꢀꢀꢀꢀ
(8)其中，长度为(N+1)的第n段日变磁噪声数据b(n)是从日变磁噪声数据(d(m),m∈[
‑
2N,0])中截取的第n段，d(1
‑
n),d(
‑
n)
…
d(1
‑
n
‑
N)表示第n段日变磁噪声数据内的日变磁噪声数据点，r
i,j
为日变磁噪声的协方差矩阵第i行第j列的值，b(i)和b(j)分别为从日变磁噪声数据(d(m),m∈[
‑
2N,0])截取的长度为(N+1)的第i段和第j段日变磁噪声数据，d(1
‑
i
‑
k)是第i段日变磁噪声数据b(i)中的第k个点对应的日变磁噪声值，d(1
‑
j
‑
k)是第j段日变磁噪声数据b(j)中的第k个点对应的日变磁噪声值，k＝0,1
…
N；滑动窗口的大小为N+1个采样点；在后续测量中如果获得了一段长度为(N+1)新的日变磁噪声数据，则将它赋给b(1)，之前的b(1)～b(N)段日变磁噪声数据赋给b(2)～b(N+1)，之前的b(N+...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏明耀，袁子凡，刘鑫根，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：