CN114488328B - 分布式地质磁异常辨识方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布式地质磁异常辨识方法及系统，包括：无人机探测集群采用平行扫描搜索方式沿目标探测航线进行目标探测；当存在疑似目标时，选取一个无人机作为变更无人机，变更无人机高度提升，剩余的任意相邻的两架无人机之间的间距缩小至设定间距，无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测，当多个无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第一设定阈值范围时，认定疑似目标为地质磁异常；当多个无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第二设定阈值范围时，认定疑似目标为水下目标。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中磁探测无法对地质磁异常干扰进行有效辨识的技术问题。

Description

分布式地质磁异常辨识方法及系统

技术领域

本发明涉及航空磁探测技术领域，尤其涉及一种分布式地质磁异常辨识方法及系统。

背景技术

地磁场是指地球内部存在的天然磁性现象，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，会使地磁场产生异常，通过检测这种异常磁场，可以实现对磁性物质的探测。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技术。目前，航空磁探测是最为主要的磁探测手段，它具有较高的测量效率，且不受水域、森林、沼泽、沙漠和高山的限制。

航空磁探测具有搜索效率和定位精度高等显著特点，传统采用一架有人机或无人机进行搜索时，由于单架飞行平台数据有限，只能获取单一平面一条测线信息，容易受到地质磁异常的影响，造成探测虚警率较高，为此需要反复探测疑似目标，造成探测效率降低，限制了航空磁探测技术在国民经济发展与国防建设领域的相关应用。

发明内容

本发明提供了一种分布式地质磁异常辨识方法及系统，能够解决现有技术中磁探测无法对地质磁异常干扰进行有效辨识的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种分布式地质磁异常辨识方法，分布式地质磁异常辨识方法包括：将多个无人机构成无人机探测集群；无人机探测集群采用平行扫描搜索方式沿目标探测航线进行目标探测，实时获取无人机探测集群中各个无人机的探测信号，根据各个无人机的探测信号判断是否存在疑似目标；当存在疑似目标时，从无人机探测集群中任意选取一个无人机作为变更无人机，变更无人机相对于剩余无人机的高度提升设定高度，剩余的多个无人机中的任意相邻的两架无人机之间的间距缩小至设定间距，无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测，当多个无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第一设定阈值范围时，认定疑似目标为地质磁异常；当多个无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第二设定阈值范围时，认定疑似目标为水下目标。

进一步地，根据各个无人机的探测信号判断是否存在疑似目标具体包括：当任一无人机的探测信号幅度超出设定探测信号幅度阈值范围时，认为存在疑似目标；当多个无人机的探测信号幅度均处于设定探测信号幅度阈值范围内时，认为不存在疑似目标。

进一步地，当存在疑似目标时，当多个无人机中仅有一个无人机探测到疑似目标时，无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测具体包括：无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测，三角形编队在对目标进行重新探测的过程中所经过的航线需始终满足剩余无人机的连线中点与探测出疑似目标的无人机的目标探测航线相重合。

进一步地，当存在疑似目标时，当多个无人机中存在至少两个无人机探测到疑似目标时，无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测具体包括：无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测，三角形编队在对目标进行重新探测的过程中所经过的航线需始终满足剩余无人机的连线中点与探测出疑似目标的信号最强的无人机的目标探测航线相重合。

进一步地，设定高度为变更无人机的原始飞行高度的1至2倍。

进一步地，设定间距D可根据D＝4*L计算获取，其中，L为探测目标的尺度。

进一步地，当多个无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第一设定阈值范围时，认定疑似目标为地质磁异常具体包括：第一设定阈值范围为最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值小于或等于最小磁异常信号幅度的50％。

进一步地，当多个无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第二设定阈值范围时，认定疑似目标为水下目标具体包括：第一设定阈值范围为最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值大于或等于最小磁异常信号幅度的两倍。

根据本发明的又一方面，提供了一种分布式地质磁异常辨识系统，分布式地质磁异常辨识系统使用如上所述的分布式地质磁异常辨识方法进行磁异常辨识。

应用本发明的技术方案，提供了一种分布式地质磁异常辨识方法，该方法在进行水下目标探测时，无人机集群先采用平行扫描搜索方式进行探测，当发现疑似目标后，无人机集群采用三角形搜索方式进行探测，从无人机探测集群中任意选取一个无人机作为变更无人机，变更无人机相对于剩余无人机的高度提升设定高度，剩余的多个无人机中的任意相邻的两架无人机之间的间距缩小至设定间距，通过测量疑似目标空间磁场分布的方式实现对地质磁异常的辨识，该方法与现有技术相比，将传统的单一有人机/无人机需要多次反复探测辨识地质磁异常的探测方式，改进为利用无人机集群组网探测方式，可以大幅提高地质磁异常辨识效率；此外，在探测到存在疑似目标时，通过更改无人机集群的编队方式，能够快速识别水下地址磁异常目标的类型，进一步地提高了地质磁异常的辨识效率。

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平行扫描搜索过程中无人机集群探测的示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的三角形搜索过程中无人机集群探测的示意图。

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和图2所示，根据本发明的具体实施例提供了一种分布式地质磁异常辨识方法，该分布式地质磁异常辨识方法包括：将多个无人机构成无人机探测集群；无人机探测集群采用平行扫描搜索方式沿目标探测航线进行目标探测，实时获取无人机探测集群中各个无人机的探测信号，根据各个无人机的探测信号判断是否存在疑似目标；当存在疑似目标时，从无人机探测集群中任意选取一个无人机作为变更无人机，变更无人机相对于剩余无人机的高度提升设定高度，剩余的多个无人机中的任意相邻的两架无人机之间的间距缩小至设定间距，无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测，当多个无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第一设定阈值范围时，认定疑似目标为地质磁异常；当多个无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第二设定阈值范围时，认定疑似目标为水下目标。

应用此种配置方式，提供了一种分布式地质磁异常辨识方法，该方法在进行水下目标探测时，无人机集群先采用平行扫描搜索方式进行探测，当发现疑似目标后，无人机集群采用三角形搜索方式进行探测，从无人机探测集群中任意选取一个无人机作为变更无人机，变更无人机相对于剩余无人机的高度提升设定高度，剩余的多个无人机中的任意相邻的两架无人机之间的间距缩小至设定间距，通过测量疑似目标空间磁场分布的方式实现对地质磁异常的辨识，该方法与现有技术相比，将传统的单一有人机/无人机需要多次反复探测辨识地质磁异常的探测方式，改进为利用无人机集群组网探测方式，可以大幅提高地质磁异常辨识效率；此外，在探测到存在疑似目标时，通过更改无人机集群的编队方式，能够快速识别水下地址磁异常目标的类型，进一步地提高了地质磁异常的辨识效率。

进一步地，在本发明中，根据各个无人机的探测信号判断是否存在疑似目标具体包括：当任一无人机的探测信号幅度超出设定探测信号幅度阈值范围时，认为存在疑似目标；当多个无人机的探测信号幅度均处于设定探测信号幅度阈值范围内时，认为不存在疑似目标。

此外，在本发明中，当多个无人机中仅有一个无人机探测到疑似目标时，无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测具体包括：无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测，三角形编队在对目标进行重新探测的过程中所经过的航线需始终满足剩余无人机的连线中点与探测出疑似目标的无人机的目标探测航线相重合。

作为本发明的一个具体实施例，假设无人机探测集群中有四架无人机，无人机探测集群在以平行扫描搜索方式进行目标搜索时，第三架无人机的探测信号幅度超出设定探测信号幅度阈值范围，第一架、第二架和第四架无人机的探测信号幅度均未超出设定探测信号幅度阈值范围，此时从四架无人机中任选一架无人机作为变更无人机，在该实施例中，选取第二架无人机作为变更无人机，剩余的第一架、第三架和第四架无人机处于同一直线上，四架无人机以三角形编队重新进行目标探测，其中，在返回重新探测的过程中，第一架、第三架和第四架无人机的连线中点始终保持与第三架无人机在之前平行扫描搜索方式时的探测航线相重合。

进一步地，在本发明中，当存在疑似目标时，当多个无人机中存在至少两个无人机探测到疑似目标时，无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测具体包括：无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测，三角形编队在对目标进行重新探测的过程中所经过的航线需始终满足剩余无人机的连线中点与探测出疑似目标的信号最强的无人机的目标探测航线相重合。

作为本发明的一个具体实施例，假设无人机探测集群中有四架无人机，无人机探测集群在以平行扫描搜索方式进行目标搜索时，第二架和第三架无人机的探测信号幅度均超出设定探测信号幅度阈值范围，第二架无人机的探测信号的强度大于第三架无人机的探测信号强度，第一架无人机和第四架无人机的探测信号幅度均未超出设定探测信号幅度阈值范围，此时从四架无人机中任选一架无人机作为变更无人机，在该实施例中，选取第二架无人机作为变更无人机，剩余的第一架、第三架和第四架无人机处于同一直线上，四架无人机以三角形编队重新进行目标探测，其中，在返回重新探测的过程中，第一架、第三架和第四架无人机的连线中点始终保持与探测出疑似目标的信号最强的第二架无人机在之前平行扫描搜索方式时的探测航线相重合。

进一步地，在本发明中，当发现疑似目标后，无人机集群采用三角形搜索方式进行探测，从无人机探测集群中任意选取一个无人机作为变更无人机，变更无人机相对于剩余无人机的高度提升设定高度，为了能够提高探测准确度，可将设定高度设置为变更无人机的原始飞行高度的1至2倍。作为本发明的一个具体实施例，无人机探测集群包括三个无人机，将第三无人机作为变更无人机，假设第三无人机在平行扫描搜索方式时的飞行高度为100m，则变更为三角形编队之后，将第三无人机提升100m至200m，即在三角形编队中，第三无人机的飞行高度为200m至300m。

此外，在本发明中，为了保证信号强度，设定间距D可根据D＝4*L计算获取，其中，L为探测目标的尺度。

进一步地，当多个无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第一设定阈值范围时，认定疑似目标为地质磁异常具体包括：第一设定阈值范围为最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值小于或等于最小磁异常信号幅度的50％。当多个无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第二设定阈值范围时，认定疑似目标为水下目标具体包括：第一设定阈值范围为最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值大于或等于最小磁异常信号幅度的两倍。

根据本发明的另一方面，提供了一种分布式地质磁异常辨识系统，该分布式地质磁异常辨识系统使用如上所述的分布式地质磁异常辨识方法进行磁异常辨识。

应用此种配置方式，提供了一种分布式地质磁异常辨识系统，该系统在进行水下目标探测时，无人机集群先采用平行扫描搜索方式进行探测，当发现疑似目标后，无人机集群采用三角形搜索方式进行探测，从无人机探测集群中任意选取一个无人机作为变更无人机，变更无人机相对于剩余无人机的高度提升设定高度，剩余的多个无人机中的任意相邻的两架无人机之间的间距缩小至设定间距，通过测量疑似目标空间磁场分布的方式实现对地质磁异常的辨识，该系统与现有技术相比，将传统的单一有人机/无人机需要多次反复探测辨识地质磁异常的探测方式，改进为利用无人机集群组网探测方式，可以大幅提高地质磁异常辨识效率；此外，在探测到存在疑似目标时，通过更改无人机集群的编队方式，能够快速识别水下地址磁异常目标的类型，进一步地提高了地质磁异常的辨识效率。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1和图2对本发明所提供的分布式地质磁异常辨识方法进行详细说明。

如图1和图2所示，根据本发明的具体实施例提供了一种分布式地质磁异常辨识方法，该方法基于无人机集群组网构建分布式探测阵列，搭载小型原子磁强计作为探测载荷，可实现对水下地质磁异常目标的辨识。无人机探测集群中的无人机数量为三架或以上，其中三架为一个最小探测集群。

在本实施例中，假设无人机集群在某海域进行飞行探测，该水域水深H＝1000m，单架无人机磁探测宽度为A＝1500m，为了最大限度利用单机探测宽度，三架无人机采取如图1所示方式进行扫面搜索，飞行间距为A米，飞行高度为200米。

将三个无人机构成无人机探测集群；无人机探测集群采用平行扫描搜索方式沿目标探测航线进行目标探测，实时获取无人机探测集群中各个无人机的探测信号，当任一无人机的探测信号幅度超出设定探测信号幅度阈值范围时，认为存在疑似目标；当多个无人机的探测信号幅度均处于设定探测信号幅度阈值范围内时，认为不存在疑似目标。

当存在疑似目标时，需要对疑似异常信号是否为地质磁异常进行辨识，防止地质磁异常造成虚警。具体地，从三个无人机探测集群中任意选取一个无人机作为变更无人机，变更无人机相对于剩余无人机的高度提升设定高度，剩余的多个无人机中的任意相邻的两架无人机之间的间距缩小至设定间距，无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测。在本实施例中，选取第二无人机作为变更无人机，变更无人机相对于剩余的第一无人机和第三无人机的高度提升500m，剩余的第一无人机和第三无人机之间的间距缩小至Dm，其中，该间距D与探测目标的尺度L相关(D＝4*L)。在探测前，已经预先可以获知待测目标的最大尺度，例如最大长度。

当多个无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第一设定阈值范围时，认定疑似目标为地质磁异常；当多个无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第二设定阈值范围时，认定疑似目标为水下目标。在本实施例中，如果疑似目标是地质磁异常，则磁异常体距离三架无人机距离相差不大，三架无人机再次飞行时探测的磁异常信号幅度接近，最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值小于或等于所述最小磁异常信号幅度的50％；如果疑似目标为水下目标，则磁异常体距离三架无人机距离相差较大，导致三架无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值大于或等于所述最小磁异常信号幅度的两倍，实现地质磁异常辨识。

综上所述，本发明提供了一种分布式地质磁异常辨识方法，该方法在进行水下目标探测时，无人机集群先采用平行扫描搜索方式进行探测，当发现疑似目标后，无人机集群采用三角形搜索方式进行探测，从无人机探测集群中任意选取一个无人机作为变更无人机，变更无人机相对于剩余无人机的高度提升设定高度，剩余的多个无人机中的任意相邻的两架无人机之间的间距缩小至设定间距，通过测量疑似目标空间磁场分布的方式实现对地质磁异常的辨识，该方法与现有技术相比，将传统的单一有人机/无人机需要多次反复探测辨识地质磁异常的探测方式，改进为利用无人机集群组网探测方式，可以大幅提高地质磁异常辨识效率；此外，在探测到存在疑似目标时，通过更改无人机集群的编队方式，能够快速识别水下地址磁异常目标的类型，进一步地提高了地质磁异常的辨识效率。

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 (9)

1.一种分布式地质磁异常辨识方法，其特征在于，所述分布式地质磁异常辨识方法包括：

将多个无人机构成无人机探测集群；

所述无人机探测集群采用平行扫描搜索方式沿目标探测航线进行目标探测，实时获取所述无人机探测集群中各个所述无人机的探测信号，根据各个所述无人机的探测信号判断是否存在疑似目标；

当存在疑似目标时，从所述无人机探测集群中任意选取一个无人机作为变更无人机，所述变更无人机相对于剩余无人机的高度提升设定高度，剩余的多个所述无人机中的任意相邻的两架无人机之间的间距缩小至设定间距，所述无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测，当多个所述无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第一设定阈值范围时，认定所述疑似目标为地质磁异常；当多个所述无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第二设定阈值范围时，认定所述疑似目标为水下目标。

2.根据权利要求1所述的分布式地质磁异常辨识方法，其特征在于，根据各个所述无人机的探测信号判断是否存在疑似目标具体包括：当任一所述无人机的探测信号幅度超出设定探测信号幅度阈值范围时，认为存在疑似目标；当多个所述无人机的探测信号幅度均处于设定探测信号幅度阈值范围内时，认为不存在疑似目标。

3.根据权利要求2所述的分布式地质磁异常辨识方法，其特征在于，当存在疑似目标时，当多个所述无人机中仅有一个无人机探测到疑似目标时，所述无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测具体包括：所述无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测，所述三角形编队在对目标进行重新探测的过程中所经过的航线需始终满足剩余无人机的连线中点与探测出疑似目标的所述无人机的目标探测航线相重合。

4.根据权利要求2所述的分布式地质磁异常辨识方法，其特征在于，当存在疑似目标时，当多个所述无人机中存在至少两个无人机探测到疑似目标时，所述无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测具体包括：所述无人机探测集群形成三角形编队重新进行目标探测，所述三角形编队在对目标进行重新探测的过程中所经过的航线需始终满足剩余无人机的连线中点与探测出疑似目标的信号最强的所述无人机的目标探测航线相重合。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的分布式地质磁异常辨识方法，其特征在于，所述设定高度为所述变更无人机的原始飞行高度的1至2倍。

6.根据权利要求5所述的分布式地质磁异常辨识方法，其特征在于，所述设定间距D可根据D＝4*L计算获取，其中，L为探测目标的尺度。

7.根据权利要求6所述的分布式地质磁异常辨识方法，其特征在于，当多个所述无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第一设定阈值范围时，认定所述疑似目标为地质磁异常具体包括：所述第一设定阈值范围为所述最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值小于或等于所述最小磁异常信号幅度的50％。

8.根据权利要求7所述的分布式地质磁异常辨识方法，其特征在于，当多个所述无人机探测的最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值处于第二设定阈值范围时，认定所述疑似目标为水下目标具体包括：所述第一设定阈值范围为所述最大磁异常信号幅度与最小磁异常信号幅度的差值大于或等于所述最小磁异常信号幅度的两倍。

9.一种分布式地质磁异常辨识系统，其特征在于，所述分布式地质磁异常辨识系统使用如权利要求1至8中任一项所述的分布式地质磁异常辨识方法进行磁异常辨识。