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- 航空磁异常探测关键技术研究
- 作者： 韩磊 来源： 哈尔滨工业大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 航磁补偿 卡尔曼滤波器 磁异常检测 窄带滤波器
- 描述： 地球是一个巨大的磁性椭球体，产生了20000nT~50000nT左右的稳定磁场，一般称之为地磁场。存在地磁场环境中的磁性物体会引起其周围地磁场的微弱异常变化，通过磁异常信号可以反演出磁性物体的位置信息。利用该原理，航空磁异常检测技术将磁力仪设备装载于飞机上，通过处理磁力仪测量到的数据，将磁性目标产生的异常信号检测出来，并定位出目标的位置。磁异常探测技术已广泛应用于物探、地磁导航等诸多领域，并已得到越来越多的关注和重视。由于目标信号淹没在大量的干扰和噪声中，因此不能直接利用磁异常检测技术来检测目标，而是需要先尽可能地抑制这些干扰和噪声，提高信噪比。由此，航空磁异常检测主要包括了两个主要关键技术：航磁补偿技术和磁异常信号检测技术。其中，航磁补偿技术研究基础是TOLLES-LAWSON方程，该方程存在的地磁恒定假设会影响补偿精度，随着磁力仪探测模式的发展以及精度的提高，需要对该假设重新进行审视和改进，以得到更高精度的补偿结果。此外，基于经典标准正交基函数(OBF)的磁异信号检测算法只在高斯白噪声背景下才能得到最优结果，然而检测背景噪声非高斯，因此需要对非高斯噪声下OBF算法进行相应改进。本文主要的创新性研究工作主要围绕航磁补偿和磁异常信号检测：首先，对航磁补偿技术中可能存在的误差处分别进行了数值仿真，得出了误差主要来源于两个部分，一是仪器设备的误差以及飞机操作等，二是模型中存在的不合理假设，主要是地磁恒定假设。针对该假设提出了基于预测的地磁处理方法。接着，利用卡尔曼滤波器来预测地磁场。通过分析航空背景下的地磁场变化规律，利用线性变化假设以及时间序列分析的思想分别建立系统状态方程，根据经典T-L方程建立量测方程，进而可以从总场数据中预测出较真实的地磁场。对两种不同卡尔曼滤波预测方法进行了验证，在不影响现有磁补偿算法求解流程的前提下，均能有效提高补偿精度。最后，对经典OBF算法进行简单的改进，然后针对OBF虚警率较高的情况，提出基于窄带滤波器的检测模型，经过窄带滤波器的校正，降低了检测虚警率，提高了检测准确性。