磁性目標(biāo)小子域定位算法及相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著地磁傳感器儀器的探測(cè)精度和探測(cè)速度的不斷提高，人們可以獲得大量的高精度地磁數(shù)據(jù)，這使得地磁探測(cè)在各種應(yīng)用領(lǐng)域中有著更為廣闊的應(yīng)用前景。地磁探測(cè)中，確定目標(biāo)物體的位置是一項(xiàng)首要任務(wù)，是進(jìn)行后續(xù)工作的前提。由于鐵磁性目標(biāo)的存在，其自身的固有磁場(chǎng)和產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)會(huì)疊加到地磁場(chǎng)上，從而導(dǎo)致空間地磁場(chǎng)分布的變化，進(jìn)而在該空間中產(chǎn)生磁異常。人們通過對(duì)磁異常的分析和反演，可以有效的獲得該目標(biāo)物體的位置，達(dá)到定位的目的。因此研究如何利用磁異

2、常進(jìn)行磁性目標(biāo)定位具有重要的學(xué)術(shù)和實(shí)際意義。
　　高精度的磁測(cè)儀器(光泵磁力儀，超導(dǎo)量子干涉儀等)在國(guó)內(nèi)外的地磁探測(cè)中得到廣泛的應(yīng)用。這些儀器具有較高的測(cè)量精度和穩(wěn)定性，同時(shí)能夠連續(xù)測(cè)量，為獲得可靠的地磁數(shù)據(jù)提供了必要的保障。但是在利用磁異常進(jìn)行目標(biāo)定位過程中，仍然存在一些重要的技術(shù)難點(diǎn)，如：目標(biāo)磁異常的提取，地磁圖的空間插值技術(shù)，測(cè)量過程中噪聲的抑制方法以及定位算法等。本論文針對(duì)上述問題展開研究，研究工作主要集中在以下幾個(gè)方面：

3、
　　目標(biāo)磁異常的提取是磁性目標(biāo)定位中關(guān)鍵任務(wù)。地磁場(chǎng)可以分解為地磁正常場(chǎng)和異常場(chǎng)兩部分，異常場(chǎng)是相對(duì)于正常場(chǎng)而言的，是由于磁性目標(biāo)的存在而產(chǎn)生的。由于選取的地磁正常場(chǎng)不同，故計(jì)算出的異常場(chǎng)也不完全相同。為了獲得準(zhǔn)確的磁異常，需要構(gòu)建合理的地磁正常場(chǎng)模型。地磁場(chǎng)模型分為全球模型與區(qū)域模型。相比于全球模型，區(qū)域模型更能夠精細(xì)地描繪該區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)分布。準(zhǔn)確構(gòu)建區(qū)域的地磁正常場(chǎng)模型決定了目標(biāo)磁異常提取的準(zhǔn)確程度。本文分析了兩種構(gòu)建局部區(qū)

4、域地磁場(chǎng)的模型：多項(xiàng)式模型和Spline模型，并對(duì)比了兩種模型的優(yōu)缺點(diǎn)，分析了兩種模型存在的問題，給出了提高精度的應(yīng)對(duì)措施和最佳模型選擇方案。
　　地磁圖是描繪磁異常分布的手段和工具，同時(shí)地磁圖數(shù)據(jù)是進(jìn)行定位的關(guān)鍵。由于實(shí)際測(cè)量中很難能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的地磁測(cè)量條件而獲得足夠的測(cè)量數(shù)據(jù)，因此，需要通過空間插值方法來提高測(cè)量數(shù)據(jù)的密度，從而提高磁異常的精度。克里金插值法在表現(xiàn)屬性的空間相關(guān)性的問題上有很高的逼近程度，因此，本文將克里金插值

5、法做為地磁圖繪中的插值方法。文中從數(shù)學(xué)原理出發(fā)，探析了該插值方法的數(shù)學(xué)原理?？死锝鸩逯捣街械淖儺惡瘮?shù)則能夠反映局部范圍和特定方向上特征的變化，因此，變異函數(shù)決定了插值精度。插值過程中的變異函數(shù)是實(shí)驗(yàn)變異函數(shù)和理論變異函數(shù)的擬合結(jié)果。本文提出了基于粒子群算法的變異函數(shù)擬合法，有效提高了變異函數(shù)的擬合精度，從而提高了地磁圖繪制的準(zhǔn)確程度。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于粒子群算法擬合得到的變異函數(shù)在插值過程中的效果好，插值得到的地磁圖的精度也很高。

6、>　　實(shí)際地磁測(cè)量過程中的噪聲會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)造成干擾，影響測(cè)量數(shù)據(jù)的精度。為了提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量，需要消除地磁信號(hào)中的噪聲。地磁噪聲的頻帶較寬，很難通過頻率分離的方式將噪聲分離處理。由于信號(hào)和噪聲在小波域有不同的表現(xiàn)形式，小波去噪是通過它們的小波系數(shù)幅值隨尺度變化的趨勢(shì)不同，達(dá)到分離噪聲的目的。本文針對(duì)小波閾值去噪中傳統(tǒng)的閾值函數(shù)存在著一些缺點(diǎn)，提出了一種閾值可以動(dòng)態(tài)調(diào)整的閾值函數(shù)，有效避免軟閾值方法中對(duì)于絕對(duì)值較大的小波系數(shù)與其處理后的小波

7、系數(shù)估計(jì)值相比總有固定偏差，且產(chǎn)生恒定衰減的不足。同時(shí)針對(duì)如何選擇合適的閾值問題，給出了閾值選取的方法。仿真結(jié)果表明：改進(jìn)后的小波去噪方法能夠有效的去除信號(hào)中地磁噪聲，從而提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精度。
　　目標(biāo)定位算法研究。鐵磁性目標(biāo)能夠?qū)е缕淇臻g地磁場(chǎng)分布發(fā)生變化，形成磁異常。人們通過分析和處理相應(yīng)的磁異常，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁性目標(biāo)的定位。目前現(xiàn)有的定位算法中需事先已知目標(biāo)體的類型，但在對(duì)未知目標(biāo)實(shí)施定位時(shí)，這一條件很難滿足。因此，本文提出了

8、一種基于小子域的定位方法。該定位方法來源于小子域?yàn)V波算法，通過改進(jìn)使其能夠在不依賴于任何先知條件下，通過對(duì)磁異常自動(dòng)壓縮的方式確定磁性物體的位置。通過理論仿真，結(jié)果表明基于小子域的定位方法能夠準(zhǔn)確的確定磁性物體的位置。
　　磁性目標(biāo)定位的實(shí)驗(yàn)。為驗(yàn)證以上理論研究的正確性與有效性，本文開展了磁性目標(biāo)定位的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明：改進(jìn)后的小波去噪方法可以提高地磁信號(hào)的信噪比，從而提高了地磁數(shù)據(jù)的精度；利用去噪后的地磁數(shù)據(jù)構(gòu)建該區(qū)域的泰勒多項(xiàng)式