【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及带通滤波、高阶交叉过零率、正交基分解等信号处理技术，基于磁异常信号对铁磁性物体进行检测，属于微弱信号检测领域。
技术介绍
1、由于铁磁性物体被地磁场磁化会产生新的磁场，导致物体周围的磁场出现异常，通过这种磁异常来判断是否存在铁磁性物体即为磁异常检测(mad)。磁异常检测可用于深埋地下的矿产勘探、水下水雷或潜艇等铁磁性物体的探测等。
2、磁异常检测方法大致可分为两类：一类是基于磁异常信号波形特征的方法，如正交基分解方法等；另一种是基于磁异常信号和地磁背景噪声信号之间概率分布特征差异的方法，如高阶交叉过零检测、最小信息熵等方法。由于基于磁异常信号特征的方法通常需要事先知道铁磁性物体和传感器之间的相对运动速度、cpa距离等参数，在这些参数未知的情况下，检测效果会打折扣。同样，由于地磁背景信号复杂多变，具有日变、时变特性，再加上周围其它电气设备的电磁干扰，单纯基于信号概率分布特征的方法的实际应用效果也不是很好。本专利技术在磁差分信号的基础上，将上述两类方法进行了综合，公开了一种基于高阶交叉和正交基分解相结合的磁异常检测方法，根据磁异常信号的上限频率对差分信号的基函数进行修正，从而减少了相对运动速度、cpa距离对正交基分解法的影响，再综合差分信号的高阶交叉率，提高了磁异常信号的检测能力，在信噪比比较低的情况下也能得到比较好的检测结果。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于差分信号高阶交叉和正交基分解的磁异常检测方法，能够在运动速度、cpa距离未知的情况
2、为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、步骤1：用两个磁传感器同步采集磁信号，其中一个传感器距离铁磁性物体的运动轨迹较近，另一个传感器距离运动轨迹较远，两个传感器的连线与运动轨迹垂直，采集的信号分别记为s1、s2，然后对两个传感器的信号进行差分运算，得到的差分信号记为sd＝s1-s2；
4、步骤2：设计带通滤波器，其通频带范围为fl到fh，对差分信号sd进行带通滤波，滤波后的差分信号记为sd′；
5、步骤3：计算步骤2所得信号sd′的前两阶过零个数d(i)，其中i为的差分阶次，分别为1和2，d(i)的计算公式为：
6、
7、式中，其中n表示sd′的第n个采样点，n为采样点总数，而函数q(·)的计算公式为：
8、步骤4：采集一段纯地磁背景磁信号，并进行步骤1～步骤3的处理，得到检测点纯地磁背景信号的前i阶过零个数db(i)，同时，将纯地磁背景信号进行步骤2时得到的信号作为检测点差分信号的基准，记为sb′；
9、步骤5：采集待检测的磁信号，进行步骤1～步骤3的处理，得到待检测磁信号的前i阶过零个数dm(i)，同时，将待测磁信号进行步骤2时得到的信号作为待检差分信号，记为sm′；
10、步骤6：根据待检差分信号和纯地磁背景差分信号的前两阶过零个数dm(i)和db(i)构建高阶交叉检测器，检测指标为高阶交叉过零率ψ，其计算公式为：
11、
12、其中，dm(i)和db(i)为sm′和sb′的第i阶过零个数，n为dm(i)的样本总数；
13、步骤7：根据磁异常信号的上限截止频率为fh建立6个正交基函数hj(j＝1～6)，基函数hj(j＝1～6)的计算公式为：
14、
15、其中，n为正交基的第n个点，符号<·,·>表示两个函数的内积，如<fk(n),hk(n)>的计算公式为：
16、
17、其中，fk(k＝1～6)的公式为：
18、
19、
20、
21、
22、
23、
24、其中，其中表示对x向下取整；r为cpa(closest proximity approach)距离，即磁传感器到磁目标运动轨迹的最短距离；l为两磁探测器之间的距离；fs为采样频率；为正交基函数的有效窗口长度系数，一般取3或4，其中d为运动轨迹的长度；v为磁目标运动的速度；f1和f2的计算公式为：
25、
26、
27、其中，k为经验值，一般取0.85；fh为预设的上限截止频率，其计算公式为：
28、
29、当v、r未知时，可取带通滤波的通频带上限频率，即fh＝fh；
30、步骤8：利用正交基hj(j＝1～6)对步骤5所得的信号sm′进行正交分解，得到6个正交基的分解系数αj(j＝1～6)，其离散化的计算公式为：
31、
32、步骤9：求6个分解系数αj(j＝1～6)的平方和，再与步骤6所得的检测指标高阶交叉过零率ψ相乘得到最终的综合检测指标γ，计算公式为：
33、
34、步骤10：根据奈曼皮尔逊准则设定动态阈值，若综合检测指标γ大于阈值，则判断待测信号中存在磁异常，否则，判断待检测信号没有磁异常。
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1.专利技术公开了一种基于差分信号高阶交叉和正交基分解的磁异常检测方法，其特征在于，实现步骤如下：
2.根据权利要求1中所述的一种基于差分信号高阶交叉和正交基分解的磁异常检测方法，其特征在于，步骤7中所述的6个正交基hj(j＝1～6)的计算公式为：
【技术特征摘要】
1.发明公开了一种基于差分信号高阶交叉和正交基分解的磁异常检测方法，其特征在于，实现步骤如下：
2.根据权利要求1中...
【专利技术属性】
技术研发人员：王成栋，李勇，彭程飞，冯馨丹，占万禹，陈勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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