一种基于双传感器的自适应空间磁场环境噪声抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双传感器的自适应空间磁场环境噪声抑制方法，属于电磁兼容技术领域，形成具有高抑制比的空间磁场环境噪声干扰抑制技术；根据目标位置处传感器的微弱磁场信号和环境传感器处的噪声信号之间的相关性，基于NLMS算法进行自适应滤波，从环境噪声中还原出目标信号的线谱特征，解决微弱目标信号与背景信号之间信噪比过低，易被噪声淹没等问题，实现微弱矢量磁场信号的实时采集、量化等功能。本发明专利技术原理简洁明晰，工程实用性强。工程实用性强。工程实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双传感器的自适应空间磁场环境噪声抑制方法


[0001]本专利技术属于电磁兼容
，更具体地，涉及一种基于双传感器的自适应空间磁场环境噪声抑制方法。

技术介绍

[0002]通过提升传感器的测试灵敏度以及降低测量系统的自噪声可以增强微弱磁场信号测试的信噪比。然而当空间背景环境噪声干扰严重时，背景磁场底噪水平或磁场干扰已经高于测量系统的灵敏度，此时，高灵敏的测量系统也无法真正发挥出其测试灵敏度的优势。因此，必须对背景磁场噪声干扰进行抑制，保证测量系统的灵敏度得到充分发挥。
[0003]传统的抑制背景噪声的方式可通过双传感器进行求梯度的方式，通过将两个传感器所测得的信号相减进而减小背景噪声对测量的影响。但实际上由于背景磁场不可能完全均匀，且两个传感器距离目标的距离不同、两个传感器的传递函数也并不相等，因此目标传感器与参考传感器中的背景磁场信号并不相等，所以直接对双传感器的测试结果求梯度并不能很好的抑制背景磁场信号，进而不能很好的解决在复杂磁干扰环境下，微弱磁场信号易被磁场噪声污染甚至淹没的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提出了一种基于双传感器的自适应空间磁场环境噪声抑制方法，主要解决在复杂磁干扰环境下，微弱磁场信号易被磁场噪声污染甚至淹没的问题，提高微弱磁场信号的信噪比，进而有利于提取淹没于背景噪声中的磁场线谱信号。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于双传感器的自适应空间磁场环境噪声抑制方法，包括：
[0006]将参考传感器检测到的参考信号作为自适应滤波器NLMS的参考输入，以目标传感器检测到的目标信号作为自适应滤波器NLMS的目标输入，对自适应滤波器的滤波权系数进行动态调整，其中，参考传感器用于背景磁场测试，目标传感器用于目标信号测试；
[0007]由调整后的滤波权系数对预设时间片段内的参考信号进行自适应滤波得到滤波后的参考信号，由滤波后的参考信号和目标信号得到残差信号；
[0008]在残差信号收敛后，自适应滤波器的状态达到稳定，通过数次迭代后输出的残差信号即是对预设时间片段中目标信号的最佳估计，此时背景磁噪声得到最大抑制。
[0009]在一些可选的实施方案中，参考传感器为全向传感器，测试时放置在距离目标第一距离的位置，目标传感器为满足预设方向性要求的传感器，对指定方向的信号接收增益满足预设增益要求，且测试时放置在距离目标第二距离的位置，并将接收增益最大的方向指向目标方向。
[0010]在一些可选的实施方案中，由r
′
(t)＝W(t
‑
dt)
·
r(t)得到滤波后的参考信号r
′
(t)，由e(t)＝d(t)
‑
r
′
(t)得到残差信号e(t)，其中，r(t)表示参考信号，w(t
‑
dt)表示滤波
权系数，d(t)表示目标信号。
[0011]在一些可选的实施方案中，参考传感器和目标传感器分别同时采集磁场信号。
[0012]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0013]本专利技术提出了一种磁场环境噪声抑制方法，形成具有高抑制比的空间磁场环境噪声干扰抑制技术；根据目标位置处传感器的微弱磁场信号和环境传感器处的噪声信号之间的相关性，基于NLMS算法进行自适应滤波，从环境噪声中还原出目标信号的线谱特征，解决微弱目标信号与背景信号之间信噪比过低，易被噪声淹没等问题，实现微弱矢量磁场信号的实时采集、量化等功能。本专利技术原理简洁明晰，工程实用性强。
附图说明
[0014]图1是本专利技术实施例提供的一种自适应空间磁场环境噪声抑制方法的总体构成框图；
[0015]图2是本专利技术实施例提供的一种自适应算法的总体构成框图；
[0016]图3是本专利技术实施例提供的一种使用针对微弱信号测试的自适应空间磁场噪声抑制模型图；
[0017]图4是本专利技术实施例提供的一种参考信号频谱图；
[0018]图5是本专利技术实施例提供的一种目标信号频谱图；
[0019]图6是本专利技术实施例提供的一种使用本专利技术后对目标信号的预估频谱图。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0021]在本专利技术实例中，“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。
[0022]本专利技术提出了一种基于双传感器的自适应空间磁场环境噪声抑制方法，通过将目标传感器采集的输入通道信号和参考传感器采集的参考通道信号进行自适应滤波，利用NLMS算法求出对目标信号的最优估计。
[0023]本专利技术的基本组成如图1、图2和图3所示，主要包括以下几个部分：
[0024]用于背景磁场测试的参考传感器1，用于目标信号测试的目标传感器2，用于空间背景磁场噪声抑制的自适应算法模块3，用于测试结果显示以及数据存储的显示与存储模块4。
[0025]由于地磁背景噪声在一定的范围内具有高度的空间相关性，测量点和参考点处的地磁背景噪声存在线性关系，若两个传感器测量的目标信号也存在线性关系，使用参考传感器1和目标传感器2分别同时采集磁场信号。此时的信号测试模型变为线性时不变系统的信号分离模型。
[0026]参考传感器1为全向传感器，测试时放置在距离目标较远的位置。目标传感器2为
方向性较强的传感器，即具有对指定方向的信号接收增益较大，且测试时尽可能靠近目标，并将接收增益最大的方向指向目标方向。此时，可以保证双传感器中探测到的微弱信号之间的差异性大于背景信号。
[0027]自适应算法模块3采用参考传感器1检测到的参考信号r(t)为参考输入，以目标传感器2检测到的目标信号d(t)为目标输入。自适应算法模块采用的是NLMS算法对模块的滤波权系数W(n)进行动态调整，采用NLMS算法相较于LMS算法的优势在于可以避免当两路传感器输入信号相关性较差时的不收敛现象。
[0028]在残差e(t)收敛的条件下，对时间片段τ内的时域信号进行自适应滤波，若r(t)通过滤波器后得到的信号为r'(t)，则算法输出为：
[0029]r
′
(t)＝W(t
‑
dt)
·
r(t)
[0030]e(t)＝d(t)
‑
r
′
(t)
[0031]当残差e(t)收敛后，自适应滤波器的状态达到稳定，通过数次迭代后输出的残差信号e(t)即是对时间片段τ中目标信号的最佳估计，此时背景磁噪声得到最大抑制。
[0032]以下用一个具体实施例说明本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双传感器的自适应空间磁场环境噪声抑制方法，其特征在于，包括：将参考传感器检测到的参考信号作为自适应滤波器NLMS的参考输入，以目标传感器检测到的目标信号作为自适应滤波器NLMS的目标输入，对自适应滤波器的滤波权系数进行动态调整，其中，参考传感器用于背景磁场测试，目标传感器用于目标信号测试；由调整后的滤波权系数对预设时间片段内的参考信号进行自适应滤波得到滤波后的参考信号，由滤波后的参考信号和目标信号得到残差信号；在残差信号收敛后，自适应滤波器的状态达到稳定，通过数次迭代后输出的残差信号即是对预设时间片段中目标信号的最佳估计，此时背景磁噪声得到最大抑制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，参考传感器为全向传感器，测试时放置在距离目标第一距离的位置，目标传感器为满足...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鹏，黄琛，华成超，杨春宇，杜雨馨，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：