一种基于归一化磁异常导数标准差的多目标边界识别方法技术

本发明专利技术涉及一种基于归一化磁异常导数标准差的多目标边界识别方法，属于磁探测技术领域。该方法包括：S1：基于三轴磁分量探测数据，测量平面区域内环境背景磁噪声信号T0与磁性体总磁场模T

【技术实现步骤摘要】
一种基于归一化磁异常导数标准差的多目标边界识别方法


[0001]本专利技术属于磁探测
，涉及一种基于归一化磁异常导数标准差的多目标边界识别方法。

技术介绍

[0002]铁磁性目标的存在会导致目标边界分界线上两侧磁性差异明显、磁异常的变化率变大。通过磁探测采集数据，并对数据进行处理，利用磁性差异可以实现目标边界的划分。磁探测技术能快速、有效地探测出磁性目标，在地球物理、机械工业、军事国防等领域得到了广泛的应用，对于沉船、水雷、海底电缆、潜艇探测等具有重要价值。当存在多个埋深不同的混合场源体时，由于深部场源的磁异常往往被浅部场源的磁异常掩盖，出现深浅异常问题，而一般的导数分析与解析信号模法等方法很难探测出多目标情况下的深部目标体边界，对边界识别结果产生的误判断，进而影响后续处理。
[0003]因此，亟需一种能够准确探测出多目标情况下的深部目标体边界的方法。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于归一化磁异常导数标准差的多目标边界识别方法，针对现有深浅分布不均的铁磁性目标边界识别方法的不足，解决多目标体深浅分布时，由于深浅叠加异常、临近叠加异常等复杂分布情况下的边界识别方面存在精度低、分辨率差的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于归一化磁异常导数标准差的多目标边界识别方法，具体包括以下步骤：
[0007]S1：基于三轴磁分量探测数据，测量平面区域内环境背景磁噪声信号T0与磁性体总磁场模Tr/>a
；
[0008]S2：基于矢量三角形余弦定理以及T0和T
a
之间夹角取值，计算探测区域内总强度磁异常信号
△
T的一阶近似；
[0009]S3：根据测量区域内地磁倾角与偏角分布情况，对总强度磁异常信号化极预处理，降低斜磁化对边界识别结果与真实目标边界的对应偏差；
[0010]S4：计算预处理后信号的垂向一阶导数与总水平分布导数的标准差，利用两者的比值函数，均衡不同深度目标体间的深浅异常，突出较深目标体的边界识别效果；
[0011]S5：进行归一化处理，以最大值1为特征值确定边界位置，进一步突出深部异常目标体的边界呈现情况，增强微弱场源边界特征，实现多目标体边界识别。
[0012]进一步，步骤S2中，探测区域内总强度磁异常信号
△
T的一阶近似的计算公式为：
[0013][0014]其中，θ表示T0和T
a
之间夹角取值；
[0015]进一步，步骤S3中，对总强度磁异常信号化极预处理，具体包括：在频率域中进行
磁场转换，将总强度磁异常信号
△
T作化极处理，将磁异常转换为磁性体处于地磁极位置的磁异常，降低斜磁化导致的磁异常畸变，频域化极因子为：
[0016][0017]其中，u、v分别为x、y方向圆频率；I、D分别为磁化方向倾角和偏角，i表示虚数单位，ΔT
⊥
表示化极后总强度磁异常信号；
[0018]为了减小二维傅里叶变换的边界效应，频率域化极过程中采用余弦扩边，对边界进行处理，将信号行列数扩边至2的整数幂，余弦扩边公式为：
[0019][0020]其中，k表示当前扩边数量，l表示所需扩边的数值；ΔT
⊥
、ΔT
⊥
k
分别表示化极后的总强度磁异常信号与余弦扩边生成的总强度磁异常数据。扩边目的为了减小二维傅里叶变换的边界效应，后续边界识别运算完成，需进行信号数据扩边的逆过程，只取信号中间与原始数据对应的部分。为简化表达，后文的ΔT
⊥
即表示扩边后的ΔT
⊥
k
。
[0021]进一步，步骤S4中，总水平分布导数THD的计算表达式为：
[0022][0023][0024][0025]其中，Δx、Δy分别表示x轴向与y轴向的相邻点增量；
[0026]进一步，步骤S4中，计算预处理后信号的垂向一阶导数VD的表达式为：
[0027][0028]其中，z表示垂直轴向，本专利技术采用M.Fedi等提出综合二阶垂向导数算法计算位场各阶垂向导数；
[0029]进一步，步骤S4中，垂向一阶导数标准差的计算表达式为：
[0030][0031]总水平分布导数标准差的计算表达式为：
[0032][0033]其中，σ(VD)表示磁异常垂向导数的标准差，σ(THD)表示总水平导数的标准差，N表示窗口总点数。
[0034]进一步，步骤S5中，归一化磁异常导数标准差NFSD的计算表达式为：
[0035][0036]本专利技术的有益效果在于：本专利技术结合空间域及频率域其原理直观、乘积运算简便的各自优势，以及本专利技术所需的应用特点，实现测量的磁性体总磁场信号的导数计算与化极预处理，为提高后续边界识别精确度与分辨率奠定基础。以标准差分别描述垂向导数与总水平导数特征值变化趋势的差异性，避免采用高阶求导的方式，引入高频干扰噪声，进而影响边界识别效果。同时利用垂向导数与总水平导数的比值函数，克服深部目标信号较弱所存在的边界识别范围不收敛，抑制深度异常的问题，均衡不同深度目标体间的深浅异常。引入归一化思想，以最大值1点确定边界，进一步均衡并增强不同深度目标体边界所对应特征数据，可以实现具有更准确和高分辨率的铁磁性多目标边界识别。
[0037]本专利技术在降低倾斜磁化干扰的同时，均衡不同深浅分布多目标体间的深浅异常情况，提高对较深目标体的边界识别呈现效果，细化整体识别边界与真是边界的对应情况，对于铁磁性目标，如在沉船、水雷、矿产分布、海底电缆和潜艇探测中具有较大的应用前景。
[0038]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0039]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0040]图1为本专利技术归一化磁异常导数标准差边界识别方法流程图；
[0041]图2为实施例中南海中央盆地海底磁条带的航磁异常分布图；
[0042]图3为实施例中化极后南海中央盆地海底磁条带的航磁异常分布图；
[0043]图4为实施例中归一化磁异常导数标准差边界识别方法的边界识别效果图。
具体实施方式
[0044]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于归一化磁异常导数标准差的多目标边界识别方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1：基于三轴磁分量探测数据，测量平面区域内环境背景磁噪声信号T0与磁性体总磁场模T
a
；S2：基于矢量三角形余弦定理以及T0和T
a
之间夹角取值，计算探测区域内总强度磁异常信号
△
T的一阶近似；S3：根据测量区域内地磁倾角与偏角分布情况，对总强度磁异常信号化极预处理，降低斜磁化对边界识别结果与真实目标边界的对应偏差；S4：计算预处理后信号的垂向一阶导数与总水平分布导数的标准差，利用两者的比值函数，均衡不同深度目标体间的深浅异常，突出较深目标体的边界识别效果；S5：进行归一化处理，以最大值1为特征值确定边界位置，进一步突出深部异常目标体的边界呈现情况，增强微弱场源边界特征，实现多目标体边界识别。2.根据权利要求1所述的多目标边界识别方法，其特征在于，步骤S2中，探测区域内总强度磁异常信号
△
T的一阶近似的计算公式为：其中，θ表示T0和T
a
之间夹角取值。3.根据权利要求1所述的多目标边界识别方法，其特征在于，步骤S3中，对总强度磁异常信号化极预处理，具体包括：在频率域中进行磁场转换，将总强度磁异常信号
△
T作化极处理，将磁异常转换为磁性体处...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱景，王铮，兰天，许晴，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：