[发明专利]一种海洋磁力仪海浪磁场噪声实时抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋地磁场探测领域，具体涉及一种海洋磁力仪海浪磁场噪声实时抑制方法。

背景技术

海洋磁力仪是实现海洋地磁场高精度测量的主要科学仪器，在海洋资源开发、海洋军事探测、海洋工程勘察等领域中得到了广泛运用。磁力仪由船舶拖曳进行移动测量，使用较为灵活，而且不受到载体磁场的影响，是海洋地磁测量的主要方式之一。经观测，实际海浪磁噪声峰峰值幅度可达到几nT，将会对高精度的海洋磁力仪的探测造成严重干扰。现通常采取的手段是选择在海况较好时测量，并通过事后数据处理的方式来降低海浪磁场噪声的影响，但当进行特殊的水中磁探时，如海洋工程勘察(沉船、飞机残骸探测等)和军事探测(反潜、UXO探测等)，要求在极端海况条件下对目标的微弱磁异常进行探测，因此海浪磁场噪声的干扰不可避免。此外，上述的特殊探测通常要求磁力仪具备对磁数据进行实时处理和校正的能力，以便于在现场就能对探测结果进行初步判定，因此实现海浪磁场噪声的实时、自适应抑制在特殊海洋磁探测非常有必要。

朱兴乐等人在《舰艇动态磁性检测中有限深海浪磁场的噪声消除》(发表于期刊《海军工程大学学报》，2014年，第26卷，03期)一文中，通过对PM(Pierson Moskwitz)海浪谱分析发现海浪磁场噪声与目标的频带存在差异，因此提出用Butterworth低通和带通滤波器进行磁噪声的抑制，但该方法只适用于探测目标较大和海洋磁力仪拖曳速度较慢的情况下。熊雄等人在《海浪磁噪声背景中动目标航空磁异常检测算法》(发表于《华中科技大学学报》，2015年，第43卷，03期)一文中，提出采用LMS(Least Mean Squares)自适应滤波算法来对航空磁探中的海浪磁噪声进行抑制，但该方法要求进行海浪磁噪声的事先测量或海浪谱的实时测量以补偿噪声的影响。实际的海浪是呈随机分布的，使得海浪磁噪声具有时变性和随机性，从而海浪磁噪声和目标磁异常的频带并不能绝对地分开。综上所述，频域滤波方法对海浪磁场噪声的抑制效果有限。

发明内容

本发明的目的在于，提供能实时、有效的抑制海浪磁场噪声的一种基于改进的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波器的海洋磁力仪海浪磁场噪声实时抑制方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种海洋磁力仪海浪磁场噪声实时抑制方法，包括以下步骤：

(1)启动海洋磁力仪，读取海洋地磁传感器的输出数据作为量测量；

(2)建立系统状态方程和量测方程；

所述系统状态方程为：

X_k＝Φ_k,k-1X_k-1+W_k-1

式中，状态变量X_k为地磁场状态向量，Φ_k,k-1为t_k-1到t_k时刻的一步转移矩阵，W_k-1为系统噪声。

所述量测方程为：

Z_k＝H_kX_k+V_k

式中，Z_k为量测向量，H_k为量测矩阵，V_k为量测噪声。

(3)在t_k-1时刻利用改进的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波器估计出t_k时刻的地磁总场值,并对系统噪声阵Q和量测噪声阵R进行更新和修正；

步骤(3)具体包括：

(3.1)确定统噪声阵Q和量测噪声阵R的初始值；

首先进行一组预采样，取该组数据的方差作为R的初值，取该数值的n倍作为Q的初值。

(3.2)建立Weaver海浪磁场噪声模型；

所述Weaver海浪磁场噪声模型可表示为：

z>0时，

B_y＝0

z<0时，

B_y＝0

式中，A＝amF(sinI+icosI cosθ)，β＝4πσg²/ω³，m＝ω²/g为角波数，a为海浪振幅，z为海水深度，I为磁倾角，θ为海流方向与地磁北极夹角，ω为海浪角频率，g为重力加速度，σ为海水电导率。