基于含噪数据处理的航磁补偿方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于含噪数据处理的航磁补偿方法及装置，该方法包括：获取总场数据和磁通门三分量数据，对总场数据进行中心化处理以及Hough变换，将X

【技术实现步骤摘要】
基于含噪数据处理的航磁补偿方法及装置


[0001]本专利技术涉及航磁测量
，具体涉及一种基于含噪数据处理的航磁补偿方法及装置。

技术介绍

[0002]航磁测量已广泛应用于地质测绘，资源勘探，军事探测。在飞行过程中，飞机上铁磁性物质会产生大量的磁干扰(包括恒定磁场、感应磁场、涡流磁场)，会显著降低航空标量传感器(如光泵传感器)测量数据的质量。因此，针对飞机本身的磁干扰进行有效的补偿对于航空磁测非常重要
[0003]目前航磁补偿算法基于传统的小信号模型，先对光泵磁力仪和磁通门磁力仪的数据进行高通滤波，而后通过最小二乘法求磁干扰系数，以实现航磁补偿。但在特殊航磁测量时，如航洋工程调查，有限的航向或者恶劣飞行环境所导致的非正常机动等都有可能导致光泵传感器进入死区，产生无法避免的异常值，这将导致磁干扰系数估计过程产生偏差，严重影响航磁补偿效果。因此如何得到高质量的航磁数据以提高航磁测量的实际探测能力是目前研究的难点。
[0004]针对此异常值的问题，目前方法可以对含有异常值的标量数据赋予更低的权重，通过降低异常值对最小二乘拟合结果的影响，从而提高系数估计的鲁棒性。但该方法需要进行大量的迭代计算，耗时较长，因此在实时性要求较高的应用场合中，如军事探测(反潜等)，该方法无法实现对异常值的快速处理，不利于实时的磁补偿。

技术实现思路

[0005]旨在解决目前的航磁补偿方法中异常值的处理耗时过长、不具有实时性的问题，本专利技术提出了一种基于含噪数据处理的航磁补偿方法及装置，基于Hough变换对航磁数据中异常点进行实时判别与剔除，实现对数据的快速处理，以在补偿系数估计前就降低异常点的不利影响，提高补偿系数估计的鲁棒性。
[0006]根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种基于含噪数据处理的航磁补偿方法，包括以下步骤：
[0007]获取总场数据和磁通门三分量数据；
[0008]对总场数据进行中心化处理；
[0009]对中心化处理后的数据进行Hough变换，将直角坐标系空间X
‑
Y平面的总场数据变换到极坐标系θ
‑
ρ平面；
[0010]将θ
‑
ρ平面划分为多个小区域Bucket；
[0011]对小区域Bucket内的数据点个数进行统计，根据数据点个数与设置的阈值的大小关系，区分正常磁感数据和异常值；
[0012]剔除总场数据和磁通门三分量数据相应位置的异常值；
[0013]对剔除异常值后的总场数据和三分量数据进行带通滤波，并计算地磁场和飞机坐
标三轴形成的方向余弦常量和方向余弦变化量；
[0014]根据地磁场和飞机坐标三轴形成的方向余弦常量和方向余弦变化量计算得到校正飞行的姿态矩阵；
[0015]基于姿态矩阵，通过最小二乘法求解磁干扰系数，利用磁干扰系数进行航磁补偿。
[0016]优选地，所述对总场数据进行中心化处理，计算公式如下：
[0017]UnMag_std(i)＝UnMag(i)
‑
UnMag_mean
[0018]其中，UnMag(i)表示原始总场数据，UnMag_mean为总场数据平均值，UnMag_std(i)表示中心化处理后的总场数据。
[0019]优选地，所述将θ
‑
ρ平面划分为多个小区域Bucket，分割步进值为：
[0020][0021][0022]其中，Δθ和N
θ
为θ轴的分割步进值和块数，Δρ和N
ρ
为ρ轴的分割步进值和块数，max(ρ)为标量磁场数据经Hough变换后ρ值的最大值，min(ρ)为相应的最小值。
[0023]优选地，所述对小区域Bucket内的数据点个数进行统计，根据数据点个数与设置的阈值的大小关系，区分正常磁场数据和异常值的步骤，包括：
[0024]对Bucket范围内的(θi,ρi)数据点个数H(Δθ,Δρ)进行统计，将统计得到的数据点个数与设置的阈值Minpts进行比较，若满足
[0025]H(Δθ,Δρ)>MinPts
[0026]则将经过此块区域的曲线视为正常磁场数据的曲线，否则为异常值。
[0027]优选地，所述对剔除异常值后的总场数据和三分量数据进行带通滤波，并计算地磁场和飞机坐标三轴形成的方向余弦常量和方向余弦变化量的步骤中，具体的计算公式如下：
[0028]H(t)＝bpf(UnMag)
[0029]h
x
(t)＝bpf(F
x
)，h
y
(t)＝bpf(F
y
)，h
z
(t)＝bpf(F
z
)
[0030][0031]其中，UnMag为剔除异常值后的总场数据、F
x
、F
y
、F
z
分别为剔除异常值后的磁场三分量数据，bpf为带通滤波器，H(t)为进行带通滤波后的总磁场，可看作飞机机动动作产生的磁干扰，t表示磁场数据是与时间相关的，h
x
(t)、h
y
(t)、h
z
(t)分别为带通滤波后的磁场三分量，可看作飞机机动磁干扰的三分量，U1、U2、U3分别为地磁场与飞机坐标系三个轴的方向余弦常量，v1、v2、v3分别为方向余弦变化量，T为单个航向上的飞行时间。
[0032]优选地，所述根据地磁场和飞机坐标三轴形成的方向余弦常量和方向余弦变化量计算得到校正飞行的姿态矩阵的步骤，包括：
[0033]根据以下公式计算得到校正飞行的姿态矩阵φ：
[0034][0035]其中，v
′1、v
′2、v
′3分别为方向余弦变化量v1、v2、v3的导数。
[0036]优选地，所述通过最小二乘法求解磁干扰系数，具体的求解公式如下：
[0037]β＝(φ
T
φ)
‑1φ
T
H(t)
[0038]其中，β为磁干扰系数，φ为姿态矩阵，φ
T
表示姿态矩阵的转置。
[0039]根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种基于含噪数据处理的航磁补偿方法装置，包括以下模块：
[0040]数据获取模块，用于获取总场数据；
[0041]中心化处理模块，用于对总场数据进行中心化处理；
[0042]Hough变换模块，用于对中心化处理后的数据进行Hough变换，将直角坐标系空间X
‑
Y平面的总场数据变换到极坐标系θ
‑
ρ平面；
[0043]小区域划分模块，用于将θ
‑
ρ平面划分为多个小区域Bucket；
[0044]异常值判别模块，用于对小区域Bucket内的数据点个数进行统计，根据数据点个数与设置的阈值的大小关系，区分正常磁场数据和异常值；
[0045]异常值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于含噪数据处理的航磁补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：获取总场数据和磁通门三分量数据；对总场数据进行中心化处理；对中心化处理后的数据进行Hough变换，将直角坐标系空间X
‑
Y平面的总场数据变换到极坐标系θ
‑
ρ平面；将θ
‑
ρ平面划分为多个小区域Bucket；对小区域Bucket内的数据点个数进行统计，根据数据点个数与设置的阈值的大小关系，区分正常磁场数据和异常值；剔除总场数据和磁通门三分量数据相应位置的异常值；对剔除异常值后的总场数据和三分量数据进行带通滤波，并计算地磁场和飞机坐标三轴形成的方向余弦常量和方向余弦变化量；根据地磁场和飞机坐标三轴形成的方向余弦常量和方向余弦变化量计算得到校正飞行的姿态矩阵；基于姿态矩阵，通过最小二乘法求解磁干扰系数，利用磁干扰系数进行航磁补偿。2.如权利要求1所述的基于含噪数据处理的航磁补偿方法，其特征在于，所述对总场数据进行中心化处理，计算公式如下：UnMag_std(i)＝UnMag(i)
‑
UnMag_mean其中，UnMag(i)表示原始总场数据，UnMag_mean为总场数据平均值，UnMag_std(i)表示中心化处理后的总场数据。3.如权利要求1所述的基于含噪数据处理的航磁补偿方法，其特征在于，所述将θ
‑
ρ平面划分为多个小区域Bucket，分割步进值为：为：其中，Δθ和N
θ
为θ轴的分割步进值和块数，Δρ和N
ρ
为ρ轴的分割步进值和块数，max(ρ)为标量磁场数据经Hough变换后ρ值的最大值，min(ρ)为相应的最小值。4.如权利要求1所述的基于含噪数据处理的航磁补偿方法，其特征在于，所述对小区域Bucket内的数据点个数进行统计，根据数据点个数与设置的阈值的大小关系，区分正常磁场数据和异常值的步骤，包括：对Bucket范围内的(θ
i
,ρ
i
)数据点个数H(Δθ,Δρ)进行统计，将统计得到的数据点个数与设置的阈值Minpts进行比较，若满足H(Δθ,Δρ)>MinPts则将经过此块区域的曲线视为正常磁场数据的曲线，否则为异常值。5.如权利要求1所述的基于含噪数据处理的航磁补偿方法，其特征在于，所述对剔除异常值后的总场数据和三分量数据进行带通滤波，并计算地磁场和飞机坐标三轴形成的方向余弦常量和方向余弦变化量的步骤中，具体的计算公式如下：H(t)＝bpf(UnMag)
h
x
(t)＝bpf(F
x
)，h
y
(t)＝bpf(F
y
)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡祥云，吴涛，葛健，董浩斌，王科，杨文君，王光旭，徐为，肖敏，唐悦能，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：