一种铁磁性目标定位方法、装置及相关设备与流程

本技术涉及磁法勘探，更具体地说，是涉及一种铁磁性目标定位方法、装置及相关设备。

背景技术：

1、磁异常探测(magnetic anomaly detection，mad)是定位和绘制铁磁性金属物体分布最为合适的地球物理技术之一，在矿产资源勘探、未爆弹探测、水下潜航器探测、考古等涉及国民经济安全和文化建设的领域，有着广泛的应用。由于标量磁传感器具有噪声水平低、对于旋转和震动等机械噪声不敏感等优势，标量磁异常探测是目前主流的磁异常探测方式，基于标量磁异常二维平面数据对铁磁性目标体进行定位也是磁异常探测的一个重要研究方向。然而，单一传感器得到的平面数据对目标埋深的灵敏度较差，并且异常幅值大小同时受到目标体磁矩参数的影响，因此，目前对于二维磁异常的定位方法研究主要围绕双传感器或多传感器阵列获取的磁异常梯度数据，而增加传感器数量也将大幅提高磁力仪成本。

2、在为数不多的基于单一磁传感器定位磁性目标的研究中，直接法和迭代法是两类最主要的方法。直接法主要包括欧拉反褶积及其衍生方法，该类方法可在不受磁矩参数影响下对目标进行定位，但是在只有一个传感器的情况下，垂直梯度的计算需要先将数据转化到空频域处理后再变换回空间域，这样不仅极大增加了运算量，在正反傅里叶变换过程中也会引入误差；迭代法需要假设目标体磁矩大小、倾角、偏角、位置等初始参数，然后应用非线性最优化理论迭代求解参数以拟合观测数据，在迭代的过程中各个待求解参数相互影响，导致对位置参数估计的误差较大，尤其是垂向位置，同时迭代法受初始参数的影响较大，经常导致不收敛或朝着错误的方向收敛。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供了一种铁磁性目标定位方法、装置及相关设备，以提高定位的稳定性和精确度。

2、为实现上述目的，本技术第一方面提供了一种铁磁性目标定位方法，包括：

3、获取二维标量磁异常数据，所述二维标量磁异常数据的记录点位均匀分布于探测区域中；

4、基于所述二维标量磁异常数据以及二维标量磁异常在预设高度的正交基函数，获取能量水平分布数据；

5、基于所述能量水平分布数据，获取目标体的目标水平位置；

6、基于所述二维标量磁异常数据，获取二维标量磁异常对应于所述目标水平位置的能量垂直分布数据；

7、基于所述能量垂直分布数据，获取目标体的目标垂直位置。

8、优选地，获取二维标量磁异常数据的过程，包括：

9、利用磁力仪沿着预设的扫描路径，记录所述探测区域中的磁总场传感器的标量磁总场数据和记录点位，得到多条数据项；

10、对每一数据项中的标量磁总场数据进行日变改正处理，得到每一数据项的标量磁异常数据；

11、基于各数据项的标量磁异常数据和记录点位，利用预设的插值法获取网格的各网格点上的标量磁异常数据，所述网格均匀分布于所述探测区域中；

12、由各网格点上的标量磁异常数据以及各网格点的坐标构成所述二维标量磁异常数据。

13、优选地，基于所述二维标量磁异常数据以及二维标量磁异常在预设高度的正交基函数，获取能量水平分布数据的过程，包括：

14、利用预设大小的窗口截取所述正交基函数中的每一组单位正交基，得到多个正交基窗函数；

15、基于所述二维标量磁异常数据，逐个网格点地对每一正交基窗函数执行内积运算，得到二维标量磁异常在各网格点对应于每一组单位正交基的水平模量值；

16、计算二维标量磁异常在各网格点、各组单位正交基的水平模量值的平方和，得到能量水平分布数据。

17、优选地，基于所述能量水平分布数据，获取目标体的目标水平位置的过程，包括：

18、基于所述能量水平分布数据，确定所述探测区域中的存在铁磁性目标体的目标子区域，所述目标子区域的能量水平分布数据的值大于预设阈值；

19、获取所述目标子区域中能量水平分布数据的极大值，并将对应于所述极大值的点的水平坐标确定为目标体的水平坐标。

20、优选地，基于所述二维标量磁异常数据，获取二维标量磁异常对应于所述目标水平位置的能量垂直分布数据的过程，包括：

21、以预设的间隔对预设的高度范围进行等分，得到多个假设高度；

22、基于所述二维标量磁异常数据以及二维标量磁异常在所述目标水平位置的正交基函数，获取二维标量磁异常在每一假设高度的能量值，得到所述能量垂直分布数据。

23、优选地，二维标量磁异常在所述目标水平位置的正交基函数包括：

24、

25、其中，f1(z)、f2(z)、f3(z)、f4(z)以及f5(z)表示所述正交基函数中的各单位正交基，x0、y0分别表示所述目标水平位置的横坐标、纵坐标，z表示垂直坐标。

26、优选地，基于所述能量垂直分布数据，获取目标体的目标垂直位置的过程，包括：

27、从所述能量垂直分布数据筛选出能量垂直分布中的极大值；

28、获取所述能量垂直分布数据的极大值，并将对应于所述极大值的假设高度确定为目标体的垂直坐标。

29、本技术第二方面提供了一种铁磁性目标定位装置，包括：

30、数据获取单元，用于获取二维标量磁异常数据，所述二维标量磁异常数据的记录点位均匀分布于探测区域中；

31、第一能量获取单元，用于基于所述二维标量磁异常数据以及二维标量磁异常在预设高度的正交基函数，获取能量水平分布数据；

32、水平定位单元，用于基于所述能量水平分布数据，获取目标体的目标水平位置；

33、第二能量获取单元，用于基于所述二维标量磁异常数据，获取二维标量磁异常对应于所述目标水平位置的能量垂直分布数据；

34、垂直定位单元，用于基于所述能量垂直分布数据，获取目标体的目标垂直位置。

35、本技术第三方面提供了一种铁磁性目标定位设备，包括：存储器和处理器；

36、所述存储器，用于存储程序；

37、所述处理器，用于执行所述程序，实现上述的铁磁性目标定位方法的各个步骤。

38、本技术第四方面提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述的铁磁性目标定位方法的各个步骤。

39、经由上述的技术方案可知，本技术首先获取二维标量磁异常数据，其中，所述二维标量磁异常数据的记录点位均匀分布于探测区域中。然后，基于所述二维标量磁异常数据以及二维标量磁异常在预设高度的正交基函数，获取能量水平分布数据，其中，所述正交基函数包含各单位正交基，为通过对目标体的磁偶极子在所述预设高度产生的二维标量磁异常数据进行分解而得到的；所述能量水平分布数据具有较高的信噪比，且能量相对强的区域，亦即能量水平分布数据的值较高的区域，意味着更有可能存在铁磁性目标体。接着，基于所述能量水平分布数据，获取目标体的目标水平位置。然后，基于所述二维标量磁异常数据，获取二维标量磁异常对应于所述目标水平位置的能量垂直分布数据。最后，基于所述能量垂直分布数据，获取目标体的目标垂直位置。本技术将二维标量磁异常分布转化为二维能量分布，提高了数据的信噪比，且在对目标体的三维定位过程中不涉及目标体的矢量磁矩信息，不受磁矩影响，此外，本技术实现了目标垂直位置的直接计算，提高了定位的稳定性和精确度。