磁性目標小子域定位算法及相關技術研究.pdf

1、近年來，隨著地磁傳感器儀器的探測精度和探測速度的不斷提高，人們可以獲得大量的高精度地磁數據，這使得地磁探測在各種應用領域中有著更為廣闊的應用前景。地磁探測中，確定目標物體的位置是一項首要任務，是進行后續(xù)工作的前提。由于鐵磁性目標的存在，其自身的固有磁場和產生的感應磁場會疊加到地磁場上，從而導致空間地磁場分布的變化，進而在該空間中產生磁異常。人們通過對磁異常的分析和反演，可以有效的獲得該目標物體的位置，達到定位的目的。因此研究如何利用磁異

2、常進行磁性目標定位具有重要的學術和實際意義。
　　高精度的磁測儀器(光泵磁力儀，超導量子干涉儀等)在國內外的地磁探測中得到廣泛的應用。這些儀器具有較高的測量精度和穩(wěn)定性，同時能夠連續(xù)測量，為獲得可靠的地磁數據提供了必要的保障。但是在利用磁異常進行目標定位過程中，仍然存在一些重要的技術難點，如：目標磁異常的提取，地磁圖的空間插值技術，測量過程中噪聲的抑制方法以及定位算法等。本論文針對上述問題展開研究，研究工作主要集中在以下幾個方面：

3、
　　目標磁異常的提取是磁性目標定位中關鍵任務。地磁場可以分解為地磁正常場和異常場兩部分，異常場是相對于正常場而言的，是由于磁性目標的存在而產生的。由于選取的地磁正常場不同，故計算出的異常場也不完全相同。為了獲得準確的磁異常，需要構建合理的地磁正常場模型。地磁場模型分為全球模型與區(qū)域模型。相比于全球模型，區(qū)域模型更能夠精細地描繪該區(qū)域內的磁場分布。準確構建區(qū)域的地磁正常場模型決定了目標磁異常提取的準確程度。本文分析了兩種構建局部區(qū)

4、域地磁場的模型：多項式模型和Spline模型，并對比了兩種模型的優(yōu)缺點，分析了兩種模型存在的問題，給出了提高精度的應對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，同時地磁圖數據是進行定位的關鍵。由于實際測量中很難能實現大規(guī)模的地磁測量條件而獲得足夠的測量數據，因此，需要通過空間插值方法來提高測量數據的密度，從而提高磁異常的精度?？死锝鸩逯捣ㄔ诒憩F屬性的空間相關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。文中從數學原理出發(fā)，探析了該插值方法的數學原理?？死锝鸩逯捣街械淖儺惡瘮祫t能夠反映局部范圍和特定方向上特征的變化，因此，變異函數決定了插值精度。插值過程中的變異函數是實驗變異函數和理論變異函數的擬合結果。本文提出了基于粒子群算法的變異函數擬合法，有效提高了變異函數的擬合精度，從而提高了地磁圖繪制的準確程度。通過實驗驗證了基于粒子群算法擬合得到的變異函數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、>　　實際地磁測量過程中的噪聲會對測量數據造成干擾，影響測量數據的精度。為了提高數據的質量，需要消除地磁信號中的噪聲。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。由于信號和噪聲在小波域有不同的表現形式，小波去噪是通過它們的小波系數幅值隨尺度變化的趨勢不同，達到分離噪聲的目的。本文針對小波閾值去噪中傳統(tǒng)的閾值函數存在著一些缺點，提出了一種閾值可以動態(tài)調整的閾值函數，有效避免軟閾值方法中對于絕對值較大的小波系數與其處理后的小波

7、系數估計值相比總有固定偏差，且產生恒定衰減的不足。同時針對如何選擇合適的閾值問題，給出了閾值選取的方法。仿真結果表明：改進后的小波去噪方法能夠有效的去除信號中地磁噪聲，從而提高測量數據的精度。
　　目標定位算法研究。鐵磁性目標能夠導致其空間地磁場分布發(fā)生變化，形成磁異常。人們通過分析和處理相應的磁異常，可以實現對磁性目標的定位。目前現有的定位算法中需事先已知目標體的類型，但在對未知目標實施定位時，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濾波算法，通過改進使其能夠在不依賴于任何先知條件下，通過對磁異常自動壓縮的方式確定磁性物體的位置。通過理論仿真，結果表明基于小子域的定位方法能夠準確的確定磁性物體的位置。
　　磁性目標定位的實驗。為驗證以上理論研究的正確性與有效性，本文開展了磁性目標定位的實驗。實驗表明：改進后的小波去噪方法可以提高地磁信號的信噪比，從而提高了地磁數據的精度；利用去噪后的地磁數據構建該區(qū)域的泰勒多項式