[发明专利]一种基于地磁数据的垂直高度位场测量方法

说明书

本发明公开一种基于地磁数据的垂直高度位场测量方法，步骤包括：S1.获取观测平面的地磁位场数据并进行频谱分析，得到观测平面的频谱；S2.根据观测平面的频谱确定截止频率，并根据截止频率构建自适应滤波算子；S3.以观测平面的频谱作为初值进行向下延拓的迭代更新，每次迭代时将当前延拓平面的频谱向上延拓到观测平面得到延拓值，根据观测平面的频谱与延拓值计算得到剩余谱，使用自适应滤波算子处理剩余谱并更新延拓平面的频谱；S4.将得到的延拓平面的频谱进行傅里叶反变换，得到空间域位场。本发明能够得到不同高度平面上的地磁场数据，且具有实现方法简单、效率及精度高且稳定性好数据等优点。

技术领域

本发明涉及地磁匹配导航的地磁数据库构建中位场测量技术领域，尤其涉及一种基于地磁数据的垂直高度位场测量方法。

背景技术

地磁匹配导航是一种全天候、全地域的无源定位导航手段，隐蔽性好，且能够实现自主导航。地磁匹配导航需要完全依赖地球本身的地磁场信息，以实时测量的地磁数据为基础，通过地磁数据延拓的方法构建地磁数据库。在导航时，将载体运动轨迹上实时测量获得的地磁数据经过处理生成实时图；然后，将实时地磁图与数据库中的地磁特征信息进行匹配，从而获得载体当前的位置估计信息以达到定位导航的目的。因而完备的高精度地磁数据库是实现地磁匹配导航的前提，在地磁匹配导航技术体系中具有十分重要的地位。

目前，利用地磁场延拓技术构建地磁数据库主要针对具有垂直高度关系的位场数据，即用已知高度的地磁场信息来测算未知高度地磁场信息。一般地磁场数据的获取方式主要采用无人机搭载磁测系统进行航磁测量，但是航测磁数据仅在某一测量高度面上，未测量高度将出现数据真空带，无法满足运行在不同高度面上载体的地磁匹配导航需求。因此，研究由已知高度的地磁场测量数据来向下测算未知高度地磁场数据的方法具有十分重要的意义。

针对地磁数据库垂直高度位场的构建，目前的测量方法中不能根据磁场数据进行自适应的调整，无法充分利用数据中的高频信息，而与此同时，具有垂直高度关系的地磁数据构建的稳定性、收敛速度与磁数据的频率成分具有很大的相关性，目前的有构建方法通常都不加以区分，导致既无法根据不同频率磁数据进行调整，又无法同时保证算法稳定性与收敛速度。

为实现地磁数据库垂直高度位场的构建，需要进行地磁场向下延拓，而地磁场向下延拓属于典型的不适定问题。针对地磁场向下延拓目前几乎都是通过近似逼近的方式来求解该问题，主要有以下几种方式：

(1)积分迭代法：在众多的迭代算法中，积分迭代法表现出了较为突出的优势，尤其是向下延拓积分迭代法经模型，在无噪声的情况下向下延拓深度可达20倍点距，但是积分迭代法能够收敛到直接向下延拓的理论解，同时在观测数据含噪声时，积分迭代法会使得噪声累积，从而影响延拓精度，因此积分迭代法中的噪声累积极大地影响了延拓效果。

(2)泰勒级数迭代法：最早期的空间域位场解析向下延拓方法即是通过泰勒级数实现，但是泰勒级数的相关方法对高频的压制效果较差，容易受到噪声干扰，抗干扰能力差。

(3)最小二乘迭代法：利用梯度下降法更新迭代步长，可以加快收敛速度，但是该方法的收敛速度极慢，特别对于非“平滑解”，延拓精度极低，无法满足地磁数据库的精度标准。

综上，现有技术中地磁数据库存在在不同高度平面上的数据不完备性且精度低的问题，且基于地磁数据库测算垂直高度位场时，由于均是采用半收敛算子，会随迭代次数增加而容易发散，所以延拓结果对迭代次数选择较为敏感，且各类迭代方法的收敛速度、稳定性以及延拓精度受到数据中高频数据影响较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、效率及精度高且稳定性好的基于地磁数据的垂直高度位场测量方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于地磁数据的垂直高度位场测量方法，步骤包括：