磁指纹特征分析方法及金属物质主动式探测方法技术

本申请涉及磁信号测量技术领域，特别是涉及磁指纹特征分析方法及金属物质主动式探测方法，该分析方法包括：数据预处理步骤，获取主动磁探测式磁传感器采集的探测信号，探测信号包括激励磁场信号、磁化场信号、电磁干扰信号及随机噪声信号，通过汉宁窗筛选出与激励磁场信号同频的感应磁场信号，将感应磁场信号与激励磁场合并分析；均方根处理步骤，对探测信号的N点采样数据进行均方根分析，计算探测信号在完整周期内的均方根得到均方根分析信号；小波去噪步骤，利用小波函数将均方根分析信号通过小波分解、阈值筛选进行小波滤波后经信号重构得到去噪后信号，以分析磁指纹特征，通过本申请提高磁指纹特征信号检测性能。申请提高磁指纹特征信号检测性能。申请提高磁指纹特征信号检测性能。

【技术实现步骤摘要】
square, RMS），计算探测信号在完整周期内的均方根得到均方根分析信号，其中，配置N为激励磁场信号周期的整数倍；小波去噪步骤，利用小波函数将所述均方根分析信号通过小波分解、阈值筛选进行小波滤波后经信号重构得到去噪后信号，以分析磁指纹特征。
[0009]在其中一些实施例中，所述小波去噪步骤进一步包括：小波分解步骤，选择小波函数的层数利用小波函数将均方根分析信号分解为多层小波分量的叠加；阈值处理步骤，采用阈值将各层小波分量的小波系数进行量化，具体的，阈值可以通过固定阈值估计、极值阈值估计、无偏似然估计以及启发式估计等方法确定；小波重构步骤，采用经过阈值处理后的小波系数重构得到去噪后的信号。
[0010]在其中一些实施例中，所述数据预处理步骤得到的处理后的探测信号基于如下计算模型计算得到：其中，为正弦信号多阶谐波逼近的磁指纹特征信号，为磁指纹特征信号各阶谐波信号的振幅因子，分别为激励磁场、磁化场及电磁干扰分量的正弦信号的振幅，分别为激励磁场、电磁干扰分量的正弦信号的频率，为采样率，为磁指纹特征信号各阶谐波信号的谐波频率，，为随机噪声分量。
[0011]在其中一些实施例中，所述均方根分析信号表示为如下计算模型：其中，、和为磁指纹特征信号各阶谐波信号经均方根处理后的振幅、振幅因子和频率，和为电磁干扰分量经均方根处理后的振幅和频率，为经均方根处理后的随机噪声分量。
[0012]在其中一些实施例中，所述小波函数为Symlet小波函数或Haar小波函数，Symlet小波函数支撑范围和消失矩合适且具备较好的正则性、线性相位和紧密支撑。r/>[0013]在其中一些实施例中，所述均方根处理步骤还包括：利用hampel函数消除均方根分析信号伴随的异常值。
[0014]第二方面，本申请实施例提供了一种金属物质主动式探测方法，包括：激励磁场发射步骤，通过发射线圈发射特定频率激励磁场；探测信号接收步骤，通过主动磁探测式磁传感器采集探测信号；磁指纹特征分析步骤，通过执行如上第一方面所述的磁指纹特征分析方法进行磁指纹特征分析，根据所述磁指纹特征判断是否探测到金属目标物。
[0015]在其中一些实施例中，所述主动磁探测式磁传感器采用MEMS磁传感器
（MicroElectro Mechanical Systems，MEMS）。
[0016]相比于相关技术，本申请实施例提供的磁指纹特征分析方法及金属物质主动式探测方法，通过将均方根分析和小波去噪结合，以能够极大程度的表征出磁指纹特征信号，解决了无法在多频率组成的磁场信息中筛选磁指纹特征信号的问题，实现了有效抑制主动式磁探测中的磁背景噪声并提取磁指纹特征信号。
[0017]本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
[0018]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为根据现有技术的激励磁场和感应磁场模型示意图；图2为根据本申请实施例的金属铁球x轴向磁场示意图；图3为根据本申请实施例的金属铁球z轴向磁场示意图；图4为根据本申请实施例的磁指纹特征分析方法的流程图；图5为根据本申请实施例的磁指纹特征分析方法的分步骤流程图；图6为根据本申请实施例的金属物质主动式探测方法的流程示意图；图7为根据本申请实施例的探测信号的x分量磁场强度示意图；图8为根据本申请实施例的探测信号的磁指纹特征信号x分量频谱示意图；图9为现有技术的小波变换得到的去噪结果磁场强度示意图；图10为根据本申请实施例的均方根处理步骤的结果磁场强度示意图；图11为根据本申请实施例的小波去噪步骤的结果磁场强度示意图；图12为现有技术的小波变换得到的去噪结果频谱示意图；图13为根据本申请实施例的均方根处理步骤的频谱示意图；图14为根据本申请实施例的小波去噪步骤的频谱示意图；图15为各层小波函数去噪结果的信噪比示意图；图16为各层小波函数去噪结果的磁指纹特征信号峰值示意图；图17为各层小波函数去噪结果的磁指纹特征信号噪声峰值示意图；图18为根据本申请实施例优选分解层数的x分量磁指纹特征信号去噪结果磁场强度示意图。
具体实施方式
[0019]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0020]显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并
且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的
技术实现思路
的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
[0021]在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
[0022]除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属
内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块（单元）的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
[0023]磁指纹特征信号是金属物在背景磁场作用下，因金属物材料特性的磁化效应或涡流效应产生的感应二次场磁扰乱背景磁场磁通密度分布，从而产生的磁信号。图1为根据现有技术的激励磁场和感应磁场模型示意图，参考图1所示，当铁磁性目标物在满足磁偶极子模型的条件介入激励磁场时，建立磁偶极子模型并分析感应磁指纹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁指纹特征分析方法，其特征在于，包括：数据预处理步骤，获取主动磁探测式磁传感器采集的探测信号，所述探测信号包括激励磁场信号、磁化场信号、电磁干扰信号及随机噪声信号，通过汉宁窗筛选出与激励磁场信号同频的感应磁场信号，将感应磁场信号与激励磁场合并分析；均方根处理步骤，对所述探测信号的N点采样数据进行均方根分析，计算探测信号在完整周期内的均方根得到均方根分析信号，其中，配置N为激励磁场信号周期的整数倍；小波去噪步骤，利用小波函数将所述均方根分析信号通过小波分解、阈值筛选进行小波滤波后经信号重构得到去噪后信号，以分析磁指纹特征。2.根据权利要求1所述的磁指纹特征分析方法，其特征在于，所述小波去噪步骤进一步包括：小波分解步骤，选择小波函数的层数利用小波函数将均方根分析信号分解为多层小波分量的叠加；阈值处理步骤，采用阈值将各层小波分量的小波系数进行量化；小波重构步骤，采用经过阈值处理后的小波系数重构得到去噪后的信号。3.根据权利要求1所述的磁指纹特征分析方法，其特征在于，所述数据预处理步骤得到的处理后的探测信号基于如下计算模型计算得到：其中，为正弦信号多阶谐波逼近的磁指纹特征信号，为磁指纹特征信号各阶谐波信号的振幅因子，分别为激励磁场、磁化场及电磁干...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈莹，高俊奇，丁晨戈，蒋泽坤，
申请(专利权)人：青岛海月辉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：