CN112649882B - 低频磁信号增强方法及使用其的航空磁测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低频磁信号增强方法及使用航空磁测系统，该方法包括：对原始航空磁测数据进行数据采样，对磁测数据进行三次样条拟合以获取测量趋势项，将原始航空磁测数据去除测量趋势项以获取无趋势项的含噪航空磁测信号；对无趋势项的含噪航空磁测信号进行带通滤波，对兴趣低频磁测信号进行小波信号分解；定义增益函数；基于各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比计算获取各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数；根据各个频段增强处理后的窄带信号并利用小波信号合成以获取增强处理后的低频航空磁测信号。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中航磁探测将飞机载体视为刚体且忽略模型外干扰场所导致的探测精度低的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及地球空间物理科学和航空磁探测技术领域，尤其涉及一种低频磁信号增强方法及使用其的航空磁测系统。
背景技术
航空磁探测技术具有机动性好、效率高、安全性高等优点，广泛用于军事与民用领域，在军事上，航磁探测可快速实现对重点区域及水下兴趣目标体的侦察、识别；在民用上，航磁探测在地球物理勘察和地质调查领域，为矿产资源勘探提供重要支持。航空磁测系统主要由飞机平台及高精度磁力仪两部分构成，其中平台磁性部件及电磁干扰会影响高灵敏度磁力仪性能发挥，影响兴趣目标信号的测量准确性。现有航空平台T-L干扰补偿模型建立了飞机姿态与干扰场关系，达到消除与平台姿态关联永磁、感磁和涡流磁场干扰的目的，然而模型中飞机载体视为刚体且忽略模型外干扰场的影响，限制平台磁探测性能进一步提升。
发明内容
本发明提供了一种低频磁信号增强方法及使用其的航空磁测系统，能够解决现有技术中航磁探测将飞机载体视为刚体且忽略模型外干扰场所导致的探测精度低的技术问题。
根据本发明的一方面，提供了一种用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，低频磁信号增强方法包括：对原始航空磁测数据进行数据采样，根据数据采样时间以及采样获取的磁测数据进行三次样条拟合以获取测量趋势项，将原始航空磁测数据去除测量趋势项以获取无趋势项的含噪航空磁测信号；对无趋势项的含噪航空磁测信号进行带通滤波以获取兴趣低频磁测信号，对兴趣低频磁测信号进行小波信号分解以获取多个频段的含噪窄带磁测信号；对各个频段的含噪窄带磁测信号的测量磁场进行快速傅里叶变化以获取各个频段的窄带测量信号的频域表达公式，利用各个频段的窄带测量信号的频域表达公式进行频谱计算以获取各个频段的含噪窄带磁测信号的频谱、目标信号频谱以及噪声频谱，根据各个频段的目标信号频谱与含噪窄带磁测信号的频谱定义增益函数；计算各个频段的含噪窄带磁测信号的后验信噪比，基于后验信噪比并利用直接判决法获取各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比，基于各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比计算获取各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数；根据各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数及频谱完成各个频段的目标信号频谱的估计，根据各个频段的目标信号频谱的估计以及各个频段的含噪窄带磁测信号的相位信息，利用傅里叶反变换获取各个频段增强处理后的窄带信号，根据各个频段增强处理后的窄带信号并利用小波信号合成以获取增强处理后的低频航空磁测信号。
进一步地，任一频段的窄带测量信号的频域表达公式为Rkejθk＝Xkejαk+Dkejβk，其中，Rk为任一频段的窄带测量信号的频谱，Xk为任一频段的目标信号的频谱，Dk为任一频段的噪声频谱，jθk为任一频段的窄带测量信号的第k个频谱分量的相位，jαk为任一频段的目标信号的第k个频谱分量的相位，jβk为任一频段的噪声的第k个频谱分量的相位。
进一步地，各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数G(k)可根据
其中，
为任一频段的目标信号的频谱估计。
进一步地，各个频段的含噪窄带磁测信号的后验信噪比SNPpost(k)可根据
来获取。
进一步地，各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比SNPprio(k)可根据
来获取，其中，i为窄带测量信号的当前时间段，i-1为窄带测量信号的上一时间段，
为上一时间段任一频段的目标信号的估计结果，α为平滑系数。
进一步地，各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数G(k)可根据
来获取。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，低频磁信号增强方法包括：对原始航空磁测数据进行数据采样，根据数据采样时间以及采样获取的磁测数据进行三次样条拟合以获取测量趋势项，将原始航空磁测数据去除测量趋势项以获取无趋势项的含噪航空磁测信号；对无趋势项的含噪航空磁测信号进行带通滤波以获取兴趣低频磁测信号，对兴趣低频磁测信号进行小波信号分解以获取多个频段的含噪窄带磁测信号；对各个频段的含噪窄带磁测信号的测量磁场进行快速傅里叶变化以获取各个频段的窄带测量信号的频域表达公式，利用各个频段的窄带测量信号的频域表达公式进行频谱计算以获取各个频段的含噪窄带磁测信号的频谱、目标信号频谱以及噪声频谱，根据各个频段的目标信号频谱与含噪窄带磁测信号的频谱定义增益函数；根据各个频段的含噪窄带磁测信号的后验信噪比计算获取各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数；根据各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数及频谱完成各个频段的目标信号频谱的估计，根据各个频段的目标信号频谱的估计以及各个频段的含噪窄带磁测信号的相位信息，利用傅里叶反变换获取各个频段增强处理后的窄带信号，根据各个频段增强处理后的窄带信号并利用小波信号合成以获取增强处理后的低频航空磁测信号。
进一步地，各个频段的含噪窄带磁测信号的后验信噪比SNPpost(k)可根据
来获取。
进一步地，各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数G(k)可根据
来获取。
根据本发明的又一方面，提供了一种航空磁测系统，航空磁测系统使用如上所述的低频磁信号增强方法进行磁信号增强处理。
应用本发明的技术方案，提供了一种用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，本发明所提供的低频磁信号增强方法与现有技术相比，其能够对磁测信号的非平稳趋势磁场进行拟合去除，并对去趋势的磁测信号进行带通滤波获取兴趣频段信号，根据兴趣频段信号获取各窄带磁测信号，对各窄带磁测信号进行处理以实现低频磁测信号增强处理，此种方式能够提高信号的探测精度，适用于航空磁测低频信号增强及低频磁干扰噪声消除。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的具体实施例提供的低频磁信号增强方法的流程框图；
图2示出了根据本发明的具体实施例提供的试验飞行测线与模拟低频磁目标的探测实验示意图；
图3(a)示出了根据本发明的具体实施例提供的低频信号源关闭时测线低频磁场在时域上处理的前后结果示意图；
图3(b)示出了根据本发明的具体实施例提供的低频信号源关闭时测线低频磁场在功率谱密度上处理的前后结果示意图；
图4(a)示出了根据本发明的具体实施例提供的低频信号源开启时测线低频磁场在时域上处理的前后结果示意图；
图4(b)示出了根据本发明的具体实施例提供的低频信号源开启时测线低频磁场在功率谱密度上处理的前后结果示意图；
图4(c)示出了对图4(a)中的处理前的磁场进行时域分析的结果图；
图4(d)示出了对图4(a)中的处理后的磁场进行时域分析的结果图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1至图4(d)所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，该低频磁信号增强方法包括：对原始航空磁测数据进行数据采样，根据数据采样时间以及采样获取的磁测数据进行三次样条拟合以获取测量趋势项，将原始航空磁测数据去除测量趋势项以获取无趋势项的含噪航空磁测信号；对无趋势项的含噪航空磁测信号进行带通滤波以获取兴趣低频磁测信号，对兴趣低频磁测信号进行小波信号分解以获取多个频段的含噪窄带磁测信号；对各个频段的含噪窄带磁测信号的测量磁场进行快速傅里叶变化以获取各个频段的窄带测量信号的频域表达公式，利用各个频段的窄带测量信号的频域表达公式进行频谱计算以获取各个频段的含噪窄带磁测信号的频谱、目标信号频谱以及噪声频谱，根据各个频段的目标信号频谱与含噪窄带磁测信号的频谱定义增益函数；计算各个频段的含噪窄带磁测信号的后验信噪比，基于后验信噪比并利用直接判决法获取各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比，基于各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比计算获取各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数；根据各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数及频谱完成各个频段的目标信号频谱的估计，根据各个频段的目标信号频谱的估计以及各个频段的含噪窄带磁测信号的相位信息，利用傅里叶反变换获取各个频段增强处理后的窄带信号，根据各个频段增强处理后的窄带信号并利用小波信号合成以获取增强处理后的低频航空磁测信号。
应用此种配置方式，提供了一种用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，该低频磁信号增强方法基于航空磁探测数据的特性认知，提出通过三次样条拟合去除磁测信号趋势，结合小波分解将兴趣低频磁测信号进行分解，在此基础上基于改进谱减法完成低频窄带磁测信号的幅度估计，完成窄带磁测信号的还原与增强，通过小波变换获取增强处理后的航空低频磁测信号。本发明所提供的低频磁信号增强方法与现有技术相比，其能够对磁测信号的非平稳趋势磁场进行拟合去除，并对去趋势的磁测信号进行带通滤波获取兴趣频段信号，根据兴趣频段信号获取各窄带磁测信号，对各窄带磁测信号进行处理以实现低频磁测信号增强处理，此种方式能够提高信号的探测精度，适用于航空磁测低频信号增强及低频磁干扰噪声消除。
具体地，在本发明中，随着目标降噪、隐身技术发展、地磁导航制导对高精度磁图的依赖及深地、深海资源勘探的需求，高精度航磁探测技术迫在眉睫，有必要研究航空磁测数据磁干扰场消除与抑制方法。谱减法作为语音信号增强处理常用方法，利用语音特征信息相对不变且人耳对相位得不敏性，通过估计含噪语音信号的谱特征，然后插入原始相位信息，实现含噪信号的增强处理。
为了实现航空磁测系统的低频磁信号增强，在航空磁测信号非平稳特性基础上，首先需要对原始航空磁测数据进行数据采样，根据数据采样时间以及采样获取的磁测数据进行三次样条拟合以获取测量趋势项，将原始航空磁测数据去除测量趋势项以获取无趋势项的含噪航空磁测信号。
具体地，在本发明中，航空磁测信号受背景干扰磁场、载体干扰磁场及浅层地质干扰磁场的影响，因而通常为非平稳信号。为实现非平稳信号的平稳化处理，本发明中提出通过三次样条拟合方式对测量磁场的趋势进行拟合消除，从而减小干扰磁场对低频信号处理的影响。具体地，首先对原始航空磁测数据进行数据采样，将原始航空磁测数据按一定时间间隔进行采样，为了保证磁信号的完整性，时间间隔至少为磁信号最长周期的两倍。然后，根据数据采样时间以及采样获取的磁测数据进行三次样条拟合趋势项，作为测量趋势项，将原始航空磁测数据去除测量趋势项以获取磁测信号预处理结果，即获取无趋势项的含噪航空磁测信号。
在本发明中，在获取了无趋势项的含噪航空磁测信号之后，即可对预处理的无趋势项的含噪航空磁测信号进行带通滤波以获取兴趣低频磁测信号，对兴趣低频磁测信号进行小波信号分解以获取多个频段的含噪窄带磁测信号。
具体地，在本发明中，根据兴趣低频磁测信号的频段，确定滤波器的截止频率，采用FIR或IIR方法生成带通滤波器bp(t)，对预处理后的信号进行滤波处理。根据采样率fs、信号下截止频率fl，确定离散小波分解层数n(要确保fl与2*fl分属两个层级)。采用Daubechies系列的db4作为小波基对信号进行分解，获得不同层数的小波系数，分别对应测量磁场不同频段的含噪窄带磁测信号。
进一步地，在本发明中，在获取了多个频段的含噪窄带磁测信号之后，对各个频段的含噪窄带磁测信号的测量磁场进行快速傅里叶变化以获取各个频段的窄带测量信号的频域表达公式，利用各个频段的窄带测量信号的频域表达公式进行频谱计算以获取各个频段的含噪窄带磁测信号的频谱、目标信号频谱以及噪声频谱，根据各个频段的目标信号频谱与含噪窄带磁测信号的频谱定义增益函数。
具体地，在本发明中，小波分解获取的各个频段的含噪窄带磁测信号的测量磁场均可用y(n)表示，其中包含目标信号s(n)和噪声磁场e(n)，即y(n)＝s(n)+e(n)。对各个频段的含噪窄带磁测信号的测量磁场进行快速傅里叶变化以获取各个频段的窄带测量信号的频域表达公式，任一频段的窄带测量信号的频域表达公式为Rkejθk＝Xkejαk+Dkejβk，其中，Rk为任一频段的窄带测量信号的频谱，Xk为任一频段的目标信号的频谱，Dk为任一频段的噪声频谱，jθk为任一频段的窄带测量信号的第k个频谱分量的相位，jαk为任一频段的目标信号的第k个频谱分量的相位，jβk为任一频段的噪声的第k个频谱分量的相位。
假设测量信号与噪声不相关，利用各个频段的窄带测量信号的频域表达公式进行频谱计算以获取各个频段的含噪窄带磁测信号的频谱Rk、目标信号频谱Xk以及噪声频谱Dk，其中，|Rk|2＝|Xk|2+|Dk|2。
噪声谱可以通过无目标信号的背景磁场估计。根据各个频段的目标信号频谱与含噪窄带磁测信号的频谱定义增益函数。增益函数为目标信号频谱与含噪窄带磁测信号的频谱的比值，各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数G(k)可根据
其中，
为任一频段的目标信号的频谱估计。
进一步地，在定义了增益函数之后，需要计算各个频段的含噪窄带磁测信号的后验信噪比，基于后验信噪比并利用直接判决法获取各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比，基于各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比计算获取各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数。
具体地，在本发明中，各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比SNPprio(k)可根据
来获取，其中，i为窄带测量信号的当前时间段，i-1为窄带测量信号的上一时间段，
为上一时间段任一频段的目标信号的估计结果，α为平滑系数。各个频段的含噪窄带磁测信号的后验信噪比SNPpost(k)可根据
来获取。通过各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比计算获取各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数，能够克服利用后验信噪比计算各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数估计误差较大的缺陷。在获取了各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比之后，即可进行增益函数G(k)的计算。各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数G(k)可根据
来获取。
进一步地，在获取了各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数G(k)之后，即可根据各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数及频谱完成各个频段的目标信号频谱的估计，根据各个频段的目标信号频谱的估计
以及各个频段的含噪窄带磁测信号的相位信息jθk，利用傅里叶反变换获取各个频段增强处理后的窄带信号，根据各个频段增强处理后的窄带信号并利用小波信号合成以获取增强处理后的低频航空磁测信号。
根据本发明的又一实施例，提供了一种用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，该低频磁信号增强方法包括：对原始航空磁测数据进行数据采样，根据数据采样时间以及采样获取的磁测数据进行三次样条拟合以获取测量趋势项，将原始航空磁测数据去除测量趋势项以获取无趋势项的含噪航空磁测信号；对无趋势项的含噪航空磁测信号进行带通滤波以获取兴趣低频磁测信号，对兴趣低频磁测信号进行小波信号分解以获取多个频段的含噪窄带磁测信号；对各个频段的含噪窄带磁测信号的测量磁场进行快速傅里叶变化以获取各个频段的窄带测量信号的频域表达公式，利用各个频段的窄带测量信号的频域表达公式进行频谱计算以获取各个频段的含噪窄带磁测信号的频谱、目标信号频谱以及噪声频谱，根据各个频段的目标信号频谱与含噪窄带磁测信号的频谱定义增益函数；根据各个频段的含噪窄带磁测信号的后验信噪比计算获取各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数；根据各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数及频谱完成各个频段的目标信号频谱的估计，根据各个频段的目标信号频谱的估计以及各个频段的含噪窄带磁测信号的相位信息，利用傅里叶反变换获取各个频段增强处理后的窄带信号，根据各个频段增强处理后的窄带信号并利用小波信号合成以获取增强处理后的低频航空磁测信号。
在该实施例中，根据谱减法原理，各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数G(k)是通过后验信噪比来计算获取的，此种方式也能够完成增益函数的计算，不过此种方式会导致增益函数估计误差较大。该实施例提供了另一种低频磁信号的增强方法，其也能够提高信号的探测精度，适用于航空磁测低频信号增强及低频磁干扰噪声消除。
在该实施例中，各个频段的含噪窄带磁测信号的后验信噪比SNPpost(k)可根据
来获取，各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数G(k)可根据
来获取。
根据本发明的又一方面，提供了一种航空磁测系统，该航空磁测系统使用如上所述的低频磁信号增强方法进行磁信号增强处理。由于本发明所提供的低频磁信号增强方法能够对磁测信号的非平稳趋势磁场进行拟合去除，并对去趋势的磁测信号进行带通滤波获取兴趣频段信号，根据兴趣频段信号获取各窄带磁测信号，对各窄带磁测信号进行处理以实现低频磁测信号增强处理，因此，将本发明所提供的低频磁信号增强方法用于航空磁测系统中，能够极大地提高航空磁测系统的磁测性能。
为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图4(d)对本发明所提供的低频磁信号增强方法进行详细说明。
如图1至图4(d)所示，根据本发明的具体实施例提供了一种低频磁信号增强方法，该方法包括如下步骤。
步骤一，对原始航空磁测数据进行数据采样，根据数据采样时间以及采样获取的磁测数据进行三次样条拟合以获取测量趋势项，将原始航空磁测数据去除测量趋势项以获取无趋势项的含噪航空磁测信号。
步骤二，对预处理的无趋势项的含噪航空磁测信号进行带通滤波以获取兴趣低频磁测信号，对兴趣低频磁测信号进行小波信号分解以获取多个频段的含噪窄带磁测信号。在本实施例中，根据兴趣低频磁测信号的频段，确定滤波器的截止频率，采用FIR或IIR方法生成带通滤波器bp(t)，对预处理后的信号进行滤波处理。根据采样率fs、信号下截止频率fl，确定离散小波分解层数n(要确保fl与2*fl分属两个层级)。采用Daubechies系列的db4作为小波基对信号进行分解，获得不同层数的小波系数，分别对应测量磁场不同频段的含噪窄带磁测信号。
步骤三，对各个频段的含噪窄带磁测信号的测量磁场进行快速傅里叶变化以获取各个频段的窄带测量信号的频域表达公式Rkejθk＝Xkejαk+Dkejβk，利用各个频段的窄带测量信号的频域表达公式进行频谱计算以获取各个频段的含噪窄带磁测信号的频谱Rk、目标信号频谱Xk以及噪声频谱Dk，其中，|Rk|2＝|Xk|2+|Dk|2，根据各个频段的目标信号频谱Xk与含噪窄带磁测信号的频谱Rk定义增益函数G(k)。
步骤四，计算各个频段的含噪窄带磁测信号的后验信噪比SNPpost(k)，基于后验信噪比并利用直接判决法获取各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比，基于各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比计算获取各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数。在本实施例中，个频段的含噪窄带磁测信号的后验信噪比SNPpost(k)可根据
来获取，各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比SNPprio(k)可根据
来获取，各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数G(k)可根据
来获取。
步骤五，根据各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数及频谱完成各个频段的目标信号频谱的估计，根据各个频段的目标信号频谱的估计
以及各个频段的含噪窄带磁测信号的相位信息jθk，利用傅里叶反变换获取各个频段增强处理后的窄带信号，根据各个频段增强处理后的窄带信号并利用小波信号合成以获取增强处理后的低频航空磁测信号。
下面结合图2至图4(d)对利用本发明所提供的低频磁信号增强方法对航空磁测飞行试验数据进行处理的结果进行说明。试验飞行测线与模拟低频磁目标如图2所示，其对应测线的高度为500m。目标低频磁信号通过接地导线电流产生，电流为1.67Hz的方波信号。
当模拟目标信号源关闭时，测线测量磁场及经增强处理的结果如图3(a)和图3(b)，其中图3(a)为时域磁场数据，图3(b)为其功率谱密度，从图3(a)和图3(b)中可以看出，增强算法能够有效消除低频磁场噪声。
当模拟目标信号源开启时，测线测量磁场及处理后的结果及其功率估计如图4(a)至图4(d)所示。从图4(a)至图4(d)中看出，处理后磁场中磁干扰噪声幅度明显下降，而低频目标信号幅度基本不变。对图4(a)中的磁场进行时频分析，结果如图4(c)、4(d)，分别对应为处理前后的结果。从图4(c)、4(d)中可以看出，测线测量磁场经处理后信号更突出。
综上所述，本发明提供了一种用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，该方法与现有技术相比，其能够对磁测信号的非平稳趋势磁场进行拟合去除，并对去趋势的磁测信号进行带通滤波获取兴趣频段信号，根据兴趣频段信号获取各窄带磁测信号，对各窄带磁测信号进行处理以实现低频磁测信号增强处理，此种方式能够提高信号的探测精度，适用于航空磁测低频信号增强及低频磁干扰噪声消除。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，其特征在于，所述低频磁信号增强方法包括：
对原始航空磁测数据进行数据采样，根据数据采样时间以及采样获取的磁测数据进行三次样条拟合以获取测量趋势项，将原始航空磁测数据去除测量趋势项以获取无趋势项的含噪航空磁测信号；
对无趋势项的含噪航空磁测信号进行带通滤波以获取兴趣低频磁测信号，对兴趣低频磁测信号进行小波信号分解以获取多个频段的含噪窄带磁测信号；
对各个频段的含噪窄带磁测信号的测量磁场进行快速傅里叶变化以获取各个频段的窄带测量信号的频域表达公式，利用各个频段的窄带测量信号的频域表达公式进行频谱计算以获取各个频段的含噪窄带磁测信号的频谱、目标信号频谱以及噪声频谱，根据各个频段的目标信号频谱与含噪窄带磁测信号的频谱定义增益函数；
计算各个频段的含噪窄带磁测信号的后验信噪比，基于后验信噪比并利用直接判决法获取各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比，基于各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比计算获取各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数；
根据各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数及频谱完成各个频段的目标信号频谱的估计，根据各个频段的目标信号频谱的估计以及各个频段的含噪窄带磁测信号的相位信息，利用傅里叶反变换获取各个频段增强处理后的窄带信号，根据各个频段增强处理后的窄带信号并利用小波信号合成以获取增强处理后的低频航空磁测信号。
2.根据权利要求1所述的用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，其特征在于，任一频段的窄带测量信号的频域表达公式为Rkejθk＝Xkejαk+Dkejβk，其中，Rk为任一频段的窄带测量信号的频谱，Xk为任一频段的目标信号的频谱，Dk为任一频段的噪声频谱，jθk为任一频段的窄带测量信号的第k个频谱分量的相位，jαk为任一频段的目标信号的第k个频谱分量的相位，jβk为任一频段的噪声的第k个频谱分量的相位。
3.根据权利要求2所述的用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，其特征在于，各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数G(k)可根据
其中，
为任一频段的目标信号的频谱估计。
4.根据权利要求3所述的用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，其特征在于，各个频段的含噪窄带磁测信号的后验信噪比SNPpost(k)可根据
来获取。
5.根据权利要求4所述的用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，其特征在于，各个频段的含噪窄带磁测信号的先验信噪比SNPprio(k)可根据
来获取，其中，i为窄带测量信号的当前时间段，i-1为窄带测量信号的上一时间段，
为上一时间段任一频段的目标信号的估计结果，α为平滑系数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，其特征在于，各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数G(k)可根据
来获取。
7.一种用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，其特征在于，所述低频磁信号增强方法包括：
对原始航空磁测数据进行数据采样，根据数据采样时间以及采样获取的磁测数据进行三次样条拟合以获取测量趋势项，将原始航空磁测数据去除测量趋势项以获取无趋势项的含噪航空磁测信号；
对无趋势项的含噪航空磁测信号进行带通滤波以获取兴趣低频磁测信号，对兴趣低频磁测信号进行小波信号分解以获取多个频段的含噪窄带磁测信号；
对各个频段的含噪窄带磁测信号的测量磁场进行快速傅里叶变化以获取各个频段的窄带测量信号的频域表达公式，利用各个频段的窄带测量信号的频域表达公式进行频谱计算以获取各个频段的含噪窄带磁测信号的频谱、目标信号频谱以及噪声频谱，根据各个频段的目标信号频谱与含噪窄带磁测信号的频谱定义增益函数；
根据各个频段的含噪窄带磁测信号的后验信噪比计算获取各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数；
根据各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数及频谱完成各个频段的目标信号频谱的估计，根据各个频段的目标信号频谱的估计以及各个频段的含噪窄带磁测信号的相位信息，利用傅里叶反变换获取各个频段增强处理后的窄带信号，根据各个频段增强处理后的窄带信号并利用小波信号合成以获取增强处理后的低频航空磁测信号。
8.根据权利要求7所述的用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，其特征在于，各个频段的含噪窄带磁测信号的后验信噪比SNPpost(k)可根据
来获取。
9.根据权利要求8所述的用于航空磁测系统的低频磁信号增强方法，其特征在于，各个频段的含噪窄带磁测信号的增益函数G(k)可根据
来获取。
10.一种航空磁测系统，其特征在于，所述航空磁测系统使用如权利要求1至9中任一项所述的低频磁信号增强方法进行磁信号增强处理。
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