本发明专利技术提供一种基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法及磁场检测系统，用于磁场检测，包括：分别采集待测磁场的第一方向、第二方向以及第三方向的磁场量；第一方向、第二方向以及第三方向中任两个方向之间均垂直；将各方向的磁场量分别加上各方向对应的预设偏置量后计算出总磁场量，并根据谱估计法计算出总磁场量的分段功率谱；基于在关注频段的分段功率谱以及各方向的偏置量与总磁场的噪声偏置值的映射关系，求解在关注频段的噪声偏置值的最小值以及对应的各方向的偏置量，进而得到降噪后的总磁场量。本发明专利技术能有效削弱矢量探测器带来的姿态敏感性，同时合成总场的低频噪声达到更小，从而提高探测器的抗干扰能力和灵敏性。从而提高探测器的抗干扰能力和灵敏性。从而提高探测器的抗干扰能力和灵敏性。
【技术实现步骤摘要】
基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法及磁场检测系统
[0001]本专利技术涉及磁场探测领域，特别是涉及一种基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法及磁场检测系统。
技术介绍
[0002]超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，以下简称SQUID)、磁通门、巨磁阻传感器等矢量磁场传感器相比总场磁探测器有诸多优势，例如探测具有方向性、往往具有更大的带宽等。但也正由于其探测具有方向性，因此对姿态也敏感得多。这就使得矢量探测结果更易受振动等因素的影响，从而在矢量探测系统中引入了更多振动带来的低频噪声。
[0003]在实际实验中，为了减小矢量传感器系统振动对测试结果的影响，对系统采取了物理减振措施，通常是将系统埋于或半埋于地下，并配以防风罩，用来减小地面振动和风噪的影响。但是仅从物理层面进行减振降噪依然有很大的不足。
[0004]基于此，本专利技术拟提出一种基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法及磁场检测系统，用于解决目前矢量探测器低频部分易受振动噪声影响且无法通过物理降噪措施解决的问题。
[0005]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法及磁场检测系统，用于解决现有技术中矢量探测器低频部分易受振动噪声影响且无法通过物理降噪措施解决的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法，包括：S1、分别采集待测磁场的第一方向、第二方向以及第三方向的磁场量；所述第一方向、所述第二方向以及所述第三方向中任两个方向之间均垂直；
[0008]S2、将各方向的磁场量分别加上各方向对应的预设偏置量后计算出总磁场量，并根据谱估计法计算出所述总磁场量的分段功率谱；
[0009]S3、基于分段功率谱以及各方向的偏置量与所述总磁场的噪声偏置值的映射关系，求解在关注频段的所述噪声偏置值的最小值以及对应的各方向的偏置量，进而得到降噪后的总磁场量。
[0010]可选地，步骤S1还包括在采集到各方向的磁场量后进行预处理的步骤；所述预处理步骤包括滤波、采样、裁切三个步骤中的至少一种。
[0011]可选地，在步骤S2中，各方向的所述预设偏置量随机设置。
[0012]可选地，所述总磁场量满足如下关系式：
其中，B
’
TMI
为总磁场量，Bx，By，Bz分别表示为所述第一方向的磁场量、所述第二方向的磁场量以及所述第三方向的磁场量；Bxo、Byo、Bzo分别表示为所述第一方向的偏置量、所述第二方向的偏置量以及所述第三方向的偏置量；其中，B
’
TMI
为总磁场量，Bx，By，Bz分别表示为所述第一方向的磁场量、所述第二方向的磁场量以及所述第三方向的磁场量；Bxo、Byo、Bzo分别表示为所述第一方向的偏置量、所述第二方向的偏置量以及所述第三方向的偏置量；在步骤S2中，Bxo、Byo、Bzo分别表示为所述第一方向的预设偏置量、所述第二方向的预设偏置量以及所述第三方向的预设偏置量；在步骤S3中，Bxo、Byo、Bzo分别表示为在关注频段的所述噪声偏置值的最小时对应的所述第一方向的偏置量、所述第二方向的偏置量以及所述第三方向的偏置量
[0013]可选地，在步骤S2中，谱估计法设置为周期图法、自相关函数法、Barlett法、Welch法和Nuttall法的任一种。
[0014]可选地，在步骤S2中，当所述谱估计方法设置为Welch法时，所述总磁场量的分段功率谱表达式设置为：
[0015][0016]其中，L为总磁场量数据B
’
TMI
(n)的分段数，且每段数据长度设置为M，P
xx
(e
jω
)为功率谱估计值，I
i
(w)为第i段的周期图；
[0017]计算I
i
(w)的表达式为：
[0018]其中，U为归一化因子，B
’
TMI
(n)为所述总磁场量数据，w(n)为窗函数，为总磁场量数据B
’
TMI
(n)的分段数，M为数据长度，n为取值的数据点位置；
[0019]计算U的表达式为：
[0020]可选地，在步骤S3中，通过梯度下降算法求解各方向的偏置量关于所述噪声偏置值的梯度，得到所述噪声偏置值的最小值。。
[0021]本专利技术还提供一种磁场检测系统，用于实现上述的基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法，包括：磁场数据采集单元和磁场数据处理单元；
[0022]所述磁场数据采集单元包括超导量子干涉三轴矢量磁强计以及读出电路；所述超导量子干涉三轴矢量磁强计设置于低温环境并与所述读出电路电连接，将检测的第一方向、第二方向以及第三方向的磁场量传输到所述读出电路；
[0023]所述读出电路与所述磁场数据处理单元电连接，用于读出待测磁场的第一方向、第二方向以及第三方向的磁场量；
[0024]所述磁场数据处理单元用于处理所述读出电路输出的信号，得到降噪后的总磁场量。
[0025]可选地，所述磁场检测系统静置于探测环境中。
[0026]可选地，所述超导量子干涉三轴矢量磁强计全部或部分埋于地下。
[0027]可选地，所述磁场检测系统还包括物理减振机构；所述物理减震机构罩设所述磁场数据采集单元和所述磁场数据处理单元的外部，用于减少所述磁场检测系统的外部机械振动。
[0028]如上所述，本专利技术的基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法及磁场检测系统，具
有以下
[0029]有益效果：
[0030]1、本专利技术的基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法通过设置三轴矢量数据合成总场的数据处理方法，有效削弱矢量探测器带来的姿态敏感性，同时通过求解噪声偏置值的最小值，使得合成总场的低频噪声达到更小，从而抑制振动等因素带来的低频噪声。
[0031]2、本专利技术的磁场检测系统结构简单，在超导量子干涉三轴矢量磁强计的基础上，进一步提升探测器的性能，有效提高探测器的抗干扰能力和灵敏性，从而使磁场探测器更好服务于磁异常探测等低频信号探测领域。
附图说明
[0032]图1显示为本专利技术基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法的流程图。
[0033]图2显示为本专利技术的总场合成前后磁场功率谱密度示意图。
[0034]图3显示为本专利技术的磁场检测系统的结构示意图。
[0035]元件标号说明
[0036]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
磁场检测系统
[0037]11
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法，用于磁场检测，其特征在于，所述基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法至少包括：S1、分别采集待测磁场的第一方向、第二方向以及第三方向的磁场量；所述第一方向、所述第二方向以及所述第三方向中任两个方向之间均垂直；S2、将各方向的磁场量分别加上各方向对应的预设偏置量后计算出总磁场量，并根据谱估计法计算出所述总磁场量的分段功率谱；S3、基于在关注频段的分段功率谱以及各方向的偏置量与所述总磁场的噪声偏置值的映射关系，求解在关注频段的所述噪声偏置值的最小值以及对应的各方向的偏置量，进而得到降噪后的总磁场量。2.根据权利要求1所述的基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法，其特征在于：步骤S1还包括在采集到各方向的磁场量后进行预处理的步骤；所述预处理步骤包括滤波、采样、裁切三个步骤中的至少一种。3.根据权利要求1所述的基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法，其特征在于：在步骤S2中，各方向的所述预设偏置量随机设置。4.根据权利要求1所述的基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法，其特征在于：所述总磁场量满足如下关系式：其中，B
’
TMI
为总磁场量，B
x
，B
y
，B
z
分别表示为所述第一方向的磁场量、所述第二方向的磁场量以及所述第三方向的磁场量；Bxo、Byo、Bzo分别表示为所述第一方向的偏置量、所述第二方向的偏置量以及所述第三方向的偏置量；在步骤S2中，Bxo、Byo、Bzo分别表示为所述第一方向的预设偏置量、所述第二方向的预设偏置量以及所述第三方向的预设偏置量；在步骤S3中，Bxo、Byo、Bzo分别表示为在关注频段的所述噪声偏置值的最小时对应的所述第一方向的偏置量、所述第二方向的偏置量以及所述第三方向的偏置量。5.根据权利要求1所述的基于矢量总场合成的振动噪声抑制方法，其特征在于：在步骤S2中，谱估计法设置为周期图法、自相关函数法、Barlett法、Welch法和Nuttall法的任一种。6.根据权利要求4所述的基于矢量总场合成的振动噪声抑制方...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱隆清，王硕，闫嘉熙，荣亮亮，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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