提升海缆定位算法反演稳定性的方法及海缆定位系统与流程

本发明涉及海洋电磁探测，尤其涉及提升海缆定位算法反演稳定性的方法及海缆定位系统。

背景技术：

1、海底电缆通常埋设于海床沉积层中，其轴线位置、埋设深度和延伸方向是海缆检修、故障定位及海上施工作业的重要基础数据。现有海缆定位方法主要通过声学探测或磁场探测获取海缆响应，其中，磁场探测可利用海缆金属铠装产生的磁场异常实现非接触定位，适用于埋设海缆的连续巡测。

2、现有磁场定位方法通常采集海缆工作电流磁场、铠装剩磁或外部单频激励响应，并根据磁场幅值、相位或梯度分布反演海缆轴线位置和埋设深度。然而，海缆铠装层由多根铁磁金属丝构成，不同铠装丝之间可能发生磁响应抵消，且铠装材料的剩磁、磁导率及非线性磁化特性沿海缆长度方向存在差异。在海缆埋设较深、磁响应较弱或环境磁场干扰较强时，常规磁场特征容易接近噪声水平，导致有效响应区域识别不稳定。

3、同时，海缆轴线位置、埋设深度、局部方向和磁化参数均会影响磁场响应，不同参数组合可能产生相近的磁场幅值、相位和梯度特征。因此，多个候选海缆状态可能同时满足实测数据的误差要求。现有方法通常根据反演残差选取误差最小的候选状态，但残差最小并不能证明该候选状态与海缆真实物理状态一致，容易使定位结果随初始条件、约束范围或测量噪声发生跳变。

4、因此，本发明提出一种提升海缆定位算法反演稳定性的方法及海缆定位系统。在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可能包含不属于本领域普通技术人员公知常识的现有技术信息。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供提升海缆定位算法反演稳定性的方法及海缆定位系统，解决上述背景技术中所提到的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、提升海缆定位算法反演稳定性的方法，包括如下步骤：

4、s1、构建双频磁场激励和量子磁场测量的智能传感系统，确定基准双频激励参数集，沿测量航迹同步采集激励参数、平台位姿数据和量子磁场测量数据，形成双频量子磁场测量数据集；

5、s2、提取双频量子磁场测量数据集中的和频、差频及高阶互调分量，形成基准互调磁场响应数据，依据相位相干性、幅值空间连续性及梯度汇聚性确定有效响应分段集合和互调响应特征集，并建立候选海缆状态集合；

6、s3、根据各候选海缆状态差异生成备选裁决磁场，计算空间偏置磁场开启和关闭条件下的预测增量互调磁场响应，筛选可实施裁决磁场，确定目标裁决磁场并建立候选预测裁决响应库；

7、s4、施加目标裁决磁场，获取裁决量子磁场测量数据，计算实测增量互调磁场响应，并与候选预测裁决响应库匹配，排除响应不符的候选海缆状态，得到分段唯一候选海缆状态集合和裁决记录集合；

8、s5、根据分段唯一候选海缆状态集合、裁决记录集合、基准互调磁场响应数据及实测增量互调磁场响应进行联合校正，形成校正目标海缆状态，生成连续三维路径并转换至地理坐标系，输出海缆平面坐标、埋设深度、路径方向和定位可信度。

9、提升海缆定位算法反演稳定性的海缆定位系统，包括：

10、双频激励与量子测量模块，用于通过包括水下作业平台、多轴双频磁场激励装置、量子磁场测量阵列、平台位姿测量装置和同步控制装置的智能传感系统确定基准双频激励参数集；

11、候选状态反演模块，用于从双频量子磁场测量数据集中提取和频、差频及高阶互调分量，形成基准互调磁场响应数据，确定有效响应分段集合；

12、裁决磁场生成模块，用于根据各候选海缆状态之间的响应差异生成备选裁决磁场，计算偏置磁场开启和关闭条件下的预测增量互调磁场响应；

13、裁决测量与状态筛选模块，用于控制智能传感系统施加目标裁决磁场，获取裁决参考量子磁场测量数据和裁决量子磁场测量数据；

14、路径校正与定位输出模块，用于根据分段唯一候选海缆状态集合、裁决记录集合、基准互调磁场响应数据及实测增量互调磁场响应进行联合校正，生成海缆轴线节点及节点连接关系。

15、本发明的有益效果在于：

16、本发明通过双频磁场激励海缆铁磁铠装产生和频、差频及高阶互调磁场响应，降低铠装磁响应抵消及剩磁不均匀对有效信号提取的影响，提高弱磁响应海缆的可探测性。通过量子磁场测量、同步解调、空载响应扣除及电流归一化处理，提高互调磁场幅值、相位和梯度特征的提取精度，增强海缆有效响应区域识别的稳定性。

17、本发明通过综合相位相干性、幅值空间连续性和互调磁场幅值梯度汇聚性确定有效响应分段，减少环境磁场干扰和局部异常信号造成的误识别。在保留多个候选海缆状态的基础上，根据候选状态间的预测响应差异生成目标裁决磁场，避免仅以最小反演残差直接确定定位结果，提高反演过程的抗初值扰动能力。

18、本发明通过比较裁决磁场开启和关闭条件下的实测增量互调磁场响应，利用增强、抑制及相位反转等物理响应排除错误候选海缆状态，提高海缆轴线位置和埋设深度反演结果的唯一性及稳定性。通过联合校正分段唯一候选海缆状态，并依据节点距离、方向、埋设深度连续性及磁场正演结果建立节点连接关系，可降低弯曲区和缺测区的路径误连风险，提高连续三维路径及定位可信度的可靠性。

1.提升海缆定位算法反演稳定性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的提升海缆定位算法反演稳定性的方法，其特征在于，s1具体包括：

3.根据权利要求2所述的提升海缆定位算法反演稳定性的方法，其特征在于，还包括：控制水下作业平台施加基准双频激励磁场，同步采集实际激励电流、实际激励相位、平台位姿数据、3轴磁场矢量和空间磁场梯度矩阵，经标定修正、时间对齐、坐标转换及背景修正后，形成双频量子磁场测量数据集。

4.根据权利要求1所述的提升海缆定位算法反演稳定性的方法，其特征在于，s2具体包括：

5.根据权利要求1所述的提升海缆定位算法反演稳定性的方法，其特征在于，s3具体包括：

6.根据权利要求5所述的提升海缆定位算法反演稳定性的方法，其特征在于，还包括：计算可实施裁决磁场的稳健最小响应差异和预计激励能量，选择稳健最小响应差异超过阈值且最大的可实施裁决磁场作为目标裁决磁场，并建立候选预测裁决响应库。

7.根据权利要求1所述的提升海缆定位算法反演稳定性的方法，其特征在于，s4具体包括：

8.根据权利要求1所述的提升海缆定位算法反演稳定性的方法，其特征在于，s5具体包括：

9.根据权利要求8所述的提升海缆定位算法反演稳定性的方法，其特征在于，还包括：将连续三维路径转换至测区统一地理坐标系，结合海底地形确定地理平面坐标、海缆埋设深度、路径方向及倾角，并根据基准响应匹配误差、裁决匹配残差、实测响应及位置不确定度、候选海缆状态排除比例和路径连续性误差计算定位可信度。

10.提升海缆定位算法反演稳定性的海缆定位系统，采用权利要求1至9中任一项所述的提升海缆定位算法反演稳定性的方法，其特征在于，包括：