CN109425906A - 一种磁异常探测矢量磁目标识别方法 - Google Patents

一种磁异常探测矢量磁目标识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于识别方法，具体涉及一种磁异常探测矢量磁目标识别方法。它包括：步骤一：用无人机在需探测区域飞行，无人机上携带高灵敏矢量磁强计，步骤二：获取探测结果采集无人机上高灵敏矢量磁强计的探测结果，步骤三：第一次飞行时与当地磁场结果比较，以后的飞行均与前一次飞行比较，若结果相差10pT时，判定该区域存在异常磁场，并执行步骤四，若结果相差小于等于10pT时，判定该区域不存在异常磁场，结束本次飞行，在下一个相邻区域进行飞行，直到完成所有探测区域的飞行，步骤四：计算计算异常磁场的位置和磁矩大小。本发明的有益效果是：不仅可提高探测系统对微弱信号的检测能力，而且还可提高磁异常探测效率及定位精度。

Description

一种磁异常探测矢量磁目标识别方法
技术领域
本发明属于识别方法，具体涉及一种磁异常探测矢量磁目标识别方法。
背景技术
地磁场一般随时间、空间发生有规律的缓慢变化，当有磁性物质存在时，该物质本身所具有的磁场、在地磁场下感应的磁场均会叠加于地磁场上，使地磁场在一定区域内出现异常。地球陆地及海洋中蕴藏有大量金属矿产，水下军事装备如潜艇、水雷等主要由金属材料构成，其中的磁性物质均会导致周围地磁场出现异常。因此，通过检测与识别地磁场异常信息，实现磁性物质的探测与识别，在资源勘探、水下目标探测等领域应用广泛，是国民经济发展与国防建设亟需提升的关键核心技术。
根据所采用磁传感器类型及构型方式，磁异常探测可分为标量法、标量梯度法、矢量法、矢量梯度法四类。其中标量法及标量梯度法采用标量磁强计进行磁异常信号总场测量，利用磁场总场或总场梯度进行目标位置及磁矩的探测识别，而矢量法及矢量梯度法采用矢量磁强计进行磁异常信号三个方向矢量磁场的测量，进而利用磁场矢量值或矢量梯度值进行磁目标的识别，因此矢量法及矢量梯度法可获取的磁场信息更丰富，更有利于磁异常信号的提取识别。
传统矢量梯度法采用超导量子干涉磁强计，磁强计的多个敏感探头一般需放置在同一个低温罐中，所以构造矢量梯度的基线长度仅几厘米。当进行远距离探测时，目标产生的磁异常信息在厘米级尺度上的空间梯度磁场十分微弱，制约了仪器探测距离的提升。因此，传统矢量梯度法进行磁目标识别存在探测效率低、探测距离近等缺陷，限制了其在国民经济发展与国防建设领域的相关应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种磁异常探测矢量磁目标识别方法。
本发明是这样实现的：一种磁异常探测矢量磁目标识别方法，包括下述步骤：
步骤一：无人机飞行
用无人机在需探测区域飞行，无人机上携带高灵敏矢量磁强计，
步骤二：获取探测结果
采集无人机上高灵敏矢量磁强计的探测结果，
本步骤得到一系列数据结果，得到的磁异常信号测量结果记为(Bc1,Bc2,Bc3,Bc4)，其中每一个Bci均表示第i个无人机的测量结果，每个Bci也均包含x、y、z三个方向的数值，因此上述数据也可以展开记录为(Bx1,By1,Bz1)、(Bx2,By2,Bz2)、(Bx3,By3,Bz3)、(Bx4,By4,Bz4)，
步骤三：判断
第一次飞行时与当地磁场结果比较，以后的飞行均与前一次飞行比较，若结果相差10pT时，判定该区域存在异常磁场，并执行步骤四，若结果相差小于等于10pT时，判定该区域不存在异常磁场，结束本次飞行，在下一个相邻区域进行飞行，直到完成所有探测区域的飞行，
步骤四：计算
计算异常磁场的位置和磁矩大小。
如上所述的一种磁异常探测矢量磁目标识别方法，其中，所述的步骤一中无人机的数量为4～6架。
如上所述的一种磁异常探测矢量磁目标识别方法，其中，所述的步骤一中无人机的数量为4架。
如上所述的一种磁异常探测矢量磁目标识别方法，其中，所述的步骤二中还包括对数据的初步处理。
如上所述的一种磁异常探测矢量磁目标识别方法，其中，所述的步骤二中的初步处理是指根据无人机载机的磁场数据，消除载机磁场对结果的影响。
如上所述的一种磁异常探测矢量磁目标识别方法，其中，所述的步骤四中异常磁场的位置按照下述步骤计算
用下述公式进行计算
上式中均为磁异常梯度，一共9个，也是要求解的未知数，(Bx1,By1,Bz1)、(Bx2,By2,Bz2)、(Bx3,By3,Bz3)、(Bx4,By4,Bz4)为步骤二中得到数据，Lij为第i架与第j架无人机之间的距离，
9个磁场异常梯度计算得到后，可以记为
用下述公式计算磁场异常点的位置坐标
其中(Hx,Hy,Hz)为空间任意一点的坐标，G为点(Hx,Hy,Hz)对应的磁场异常梯度值，计算得到的r为磁场异常点的位置坐标。
如上所述的一种磁异常探测矢量磁目标识别方法，其中，所述的步骤四中的磁矩大小按照下述步骤计算
用下述公式计算磁矩
其中r为磁场异常点的位置坐标，(Hx,Hy,Hz)为空间任意一点的坐标，x、y、z为点(Hx,Hy,Hz)的三位坐标值。
本发明的有益效果是：本发明将磁探测系统矢量梯度磁目标识别方法由传统的以超导量子干涉磁强计为敏感单元、单机短基线探测方式，改进为以新型高灵敏矢量磁强计为敏感单元、多架无人机携带高灵敏矢量磁强计，进行构型组网探测方式，不仅可提高探测系统对微弱信号的检测能力，而且利用多机组网及磁场矢量梯度探测还可提高磁异常探测效率及定位精度。
附图说明
图1为一种多架无人机组网探测构型示意图。
具体实施方式
一种磁异常探测矢量磁目标识别方法，包括下述步骤：
步骤一：无人机飞行
用无人机在需探测区域飞行。无人机的数量在四架或四架以上。无人机的数量越多，探测得到的数据量越大，后续计算得到的结果也越精确，然而成本也越高。综合成本和效率，一般无人机的数量选择为4～6架。每架无人机上均携带高灵敏矢量磁强计。
步骤二：获取探测结果
采集无人机上高灵敏矢量磁强计的探测结果。
本步骤还可以对探测结果做初步处理，例如当预先知道无人机载机的磁场数据时，可以在本步骤进行处理，消除载机磁场对结果的影响。
本步骤得到一系列数据结果，以四架无人机为例，得到的磁异常信号测量结果记为(Bc1,Bc2,Bc3,Bc4)，其中每一个Bci均表示第i个无人机的测量结果，每个Bci也均包含x、y、z三个方向的数值，因此上述数据也可以展开记录为(Bx1,By1,Bz1)、(Bx2,By2,Bz2)、(Bx3,By3,Bz3)、(Bx4,By4,Bz4)。
步骤三：判断
第一次飞行时与当地磁场结果比较，以后的飞行均与前一次飞行比较，若结果相差10pT时，判定该区域存在异常磁场，并执行步骤四，若结果相差小于等于10pT时，判定该区域不存在异常磁场，结束本次飞行，在下一个相邻区域进行飞行，直到完成所有探测区域的飞行。
步骤四：计算
计算异常磁场的位置和磁矩大小。
用下述公式进行计算
上式中均为磁异常梯度，一共9个，也是要求解的未知数，(Bx1,By1,Bz1)、(Bx2,By2,Bz2)、(Bx3,By3,Bz3)、(Bx4,By4,Bz4)为步骤二中得到数据，Lij为第i架与第j架无人机之间的距离。
9个磁场异常梯度计算得到后，可以记为
用下述公式计算磁场异常点的位置坐标
其中(Hx,Hy,Hz)为空间任意一点的坐标，G为点(Hx,Hy,Hz)对应的磁场异常梯度值，计算得到的r为磁场异常点的位置坐标。
用下述公式计算磁矩
其中r为磁场异常点的位置坐标，(Hx,Hy,Hz)为空间任意一点的坐标，x、y、z为点(Hx,Hy,Hz)的三位坐标值。

Claims (7)

1.一种磁异常探测矢量磁目标识别方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一：无人机飞行
用无人机在需探测区域飞行，无人机上携带高灵敏矢量磁强计，
步骤二：获取探测结果
采集无人机上高灵敏矢量磁强计的探测结果，
本步骤得到一系列数据结果，得到的磁异常信号测量结果记为(Bc1,Bc2,Bc3,Bc4)，其中每一个Bci均表示第i个无人机的测量结果，每个Bci也均包含x、y、z三个方向的数值，因此上述数据也可以展开记录为(Bx1,By1,Bz1)、(Bx2,By2,Bz2)、(Bx3,By3,Bz3)、(Bx4,By4,Bz4)，
步骤三：判断
第一次飞行时与当地磁场结果比较，以后的飞行均与前一次飞行比较，若结果相差10pT时，判定该区域存在异常磁场，并执行步骤四，若结果相差小于等于10pT时，判定该区域不存在异常磁场，结束本次飞行，在下一个相邻区域进行飞行，直到完成所有探测区域的飞行，
步骤四：计算
计算异常磁场的位置和磁矩大小。
2.如权利要求1所述的一种磁异常探测矢量磁目标识别方法，其特征在于：所述的步骤一中无人机的数量为4～6架。
3.如权利要求2所述的一种磁异常探测矢量磁目标识别方法，其特征在于：所述的步骤一中无人机的数量为4架。
4.如权利要求3所述的一种磁异常探测矢量磁目标识别方法，其特征在于：所述的步骤二中还包括对数据的初步处理。
5.如权利要求4所述的一种磁异常探测矢量磁目标识别方法，其特征在于：所述的步骤二中的初步处理是指根据无人机载机的磁场数据，消除载机磁场对结果的影响。
6.如权利要求5所述的一种磁异常探测矢量磁目标识别方法，其特征在于：所述的步骤四中异常磁场的位置按照下述步骤计算
用下述公式进行计算
上式中均为磁异常梯度，一共9个，也是要求解的未知数，(Bx1，By1，Bz1)、(Bx2,By2,Bz2)、(Bx3,By3,Bz3)、(Bx4,By4,Bz4)为步骤二中得到数据，Lij为第i架与第j架无人机之间的距离，
9个磁场异常梯度计算得到后，可以记为
用下述公式计算磁场异常点的位置坐标
其中(Hx,Hy,Hz)为空间任意一点的坐标，G为点(Hx,Hy,Hz)对应的磁场异常梯度值，计算得到的r为磁场异常点的位置坐标。
7.如权利要求6所述的一种磁异常探测矢量磁目标识别方法，其特征在于：所述的步骤四中的磁矩大小按照下述步骤计算
用下述公式计算磁矩
其中r为磁场异常点的位置坐标，(Hx,Hy,Hz)为空间任意一点的坐标，x、y、z为点(Hx,Hy,Hz)的三位坐标值。
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