一种基于梯度信息熵正交基分解的磁异常检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114296140A(43)申请公布日2022.04.08(21)申请号202111365676.7(22)申请日2021.11.18(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市西源大道2006号申请人中国电子科技集团公司第九研究所(72)发明人王成栋彭根斋周家齐闫欢陈勇王豪雷廷宇(51)Int.Cl.G01V3/08(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于梯度信息熵正交基分解的磁异常检测方法(57)摘要本发明公开了一种基于梯度信息熵正交基分解的磁异常检测方法。本发明根据采集到的磁梯度张量背景信号的特点估计出信号分布的方差，构建信息熵的指标，并通过此指标来对采集到的五个磁异常梯度张量分量信号进行信息熵处理，再采用新的标准正交基对五个处理后的信号进行整合以及处理，得到梯度信息熵正交基分解的输出信号，再根据输出信号判断是否存在铁磁目标导致的异常信号。CN114296140ACN114296140A权利要求书1/2页1.一种基于梯度信息熵正交基分解的磁异常检测方法，其特征在于，实现步骤如下：步骤1：采集没有磁异常的磁信号作为背景信号，并求取全磁梯度张量的五个独立分量信号a1、a2、a3、a4、a5；步骤2：对五个分量信号ai(i＝1～5)进行归一化处理，再采用小波包滤波对分量信号ai(i＝1～5)进行去趋势项处理和高斯化处理；步骤3：采用核估计法求步骤2所得五个分量各自的方差σi(i＝1～5)；步骤4：使用同一套设备采集欲检测的磁信号，求取磁梯度张量信号的五个独立分量信号b1、b2、b3、b4、b5；步骤5：对步骤4得到的bi(i＝1～5)进行归一化处理，再采用小波包滤波对分量信号bi(i＝1～5)进行去趋势项处理和高斯化处理；步骤6：建立适合信息熵处理后的磁异常梯度张量信号的标准正交基τj(w)(j＝1～7)；步骤7：利用步骤3得到的五个方差σi(i＝1～5)，分别对待检测信号b1、b2、b3、b4、b5进行改进的信息熵处理，得到Ai(i＝1～5)；步骤8：利用步骤6中建立好的标准正交基分别对步骤7所得的Ai(i＝1～5)进行正交基分解，并将分解后得到的五个信号分量进行合并；步骤9：根据NeymanPearson准则设定阈值，根据阈值判断是否存在磁异常信号及其发生的时间。2.根据权利要求1中所述的一种基于梯度信息熵正交基分解的磁异常检测方法，其特征在于，步骤6中所述的适合信息熵处理后的磁异常梯度张量信号的标准正交基函数，由铁磁物体距离采集平台的距离l、移动的速度v、采样频率Fs以及信息熵选取的滑动窗长N共同确定，利用磁梯度基函数进行改进的信息熵和施密特正交化后得到；基函数公式为：经过如下改进的信息熵公式处理得到zj(wi)(j＝1～7)：最后使用施密特正交化得到适合信息熵处理后的磁异常梯度张量信号的标准正交基函数τj(wi)(j＝1～7)，公式为：2CN114296140A权利要求书2/2页3.根据权利要求1中所述的一种基于梯度信息熵正交基分解的磁异常检测方法，其特征在于，步骤7中述的改进的信息熵，将步骤3中的σi代入，计算公式为：其中xi表示信号x在i点上采集到的信号的值，N表示时间窗的长度，随着i的变化，窗在采样数据的时间轴上滑动。4.根据权利要求1中所述的一种基于梯度信息熵正交基分解的磁异常检测方法，其特征在于，步骤8中描述的利用正交基分解方法将五个经信息熵处理后的信号整合起来，整合公式为：其中，μ0为真空磁导率，r为磁偶极子到探测点的距离，p0为磁偶极子的磁矩大小。3CN114296140A说明书1/4页一种基于梯度信息熵正交基分解的磁异常检测方法技术领域[0001]本发明涉及信号处理，微弱信号检测，属于微弱信号检测领域。背景技术[0002]磁异常检测是一种通过测量地磁信号中隐藏的微小变化来探测、定位被遮蔽的磁性目标的方法。磁异常检测性能卓越是因为通常遮蔽物以及周围环境，如空气、土壤、恶劣天气等，本身不具有磁性且几乎不会影响目标的磁性，使得磁异常检测可以无视这些干扰从而检测到磁性目标。磁异常检测的这些特性使得它具有重要的研究意义和开发前景，现如今磁异常检测被广泛的运用于军事与民用领域。军事领域上，磁异常检测被运用于水面与水下磁性目标检测、目标位置磁性目标出现预警、枪支检测等。民用领域中，磁异常检测被运用于地下矿产勘探,车辆检测与识别、停车位探测、公共场合安全检测等方面。[0003]目前检测磁异常信号的常用方法有OBF方法和最小熵方法。OBF法只适用于检测高斯白噪声背景下的磁异常信号，而自然磁场更趋近于有色噪声。最小熵方法在低信噪比信号中识别准确率不高。本发明提出一种梯度信息熵正交基分解的磁异常信号检测方