一种航磁矢量三分量数据处理方法与流程

本发明涉及地球物理勘探与地磁测量，特别涉及一种航磁矢量三分量数据处理方法。

背景技术：

1、航空磁测是获取地下磁性结构信息的重要手段，其中，航磁矢量三分量数据相比于传统的总场数据，能够提供更丰富的矢量信息，这对于地磁场的精细化描述与反演分析等高精度应用场景，提出了更高的技术需求。

2、为满足上述需求，现有的航磁测量技术通常会对获取的航磁矢量三分量数据进行补偿和校准。具体而言，在结合了高精度惯性导航系统ins与全球导航卫星系统gnss以提升姿态测量精度后，通常会采用相应的数据处理方法对飞行平台产生的固定场、感应场和涡流场等磁干扰进行补偿。此外，一些方法还会利用同平台测量的高精度航磁总场数据，对矢量数据进行校准，这些处理方法通常是针对测量点自身的三分量数据进行补偿和校准，即主要集中于单点数据的处理。

3、然而，上述现有技术方案在实际应用中仍存在一些不足。首先，由于航磁矢量三分量测量本身易受平台扰动、传感器误差及环境电磁干扰等因素影响，其数据中含有较强的随机噪声，而现有的基于单点数据处理的补偿和校准方法，对于抑制这种纳特nt量级的随机噪声能力有限，未能有效利用地磁场数据沿着测线方向应具有的空间连续性与相关性。其次，由于航磁矢量测量与总场测量的补偿方法存在差异，经过处理后的矢量三分量数据所合成的总场强度，与同点实测的高精度航磁总场数据之间可能存在系统性的偏差，导致两类数据之间缺乏严格的物理自洽性。因此，处理后的矢量数据精度仍难以满足高精度地质勘探与地磁导航等应用的需求。

4、需要说明的是，以上公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种航磁矢量三分量数据处理方法，可以显著抑制矢量数据中的高频随机噪声，消除其与总场数据间的系统性偏差，有效提升最终航磁矢量三分量处理结果的精度、稳定性与物理自洽性。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种航磁矢量三分量数据处理方法，包括以下步骤：

3、获取沿测线采集的航磁矢量三分量测量数据，以及与所述航磁矢量三分量测量数据对应的航磁总场测量数据；

4、基于所述航磁矢量三分量测量数据，通过平滑处理和总场强度约束，生成用于校正所述航磁矢量三分量测量数据的虚拟观测向量；所述总场强度约束用于使所述虚拟观测向量的模长与所述航磁总场测量数据保持一致；

5、利用所述虚拟观测向量对所述航磁矢量三分量测量数据进行滤波更新；

6、从而得到噪声水平降低的航磁矢量三分量处理结果。

7、在本发明的一实施方式中，所述生成所述虚拟观测向量的步骤，具体包括：

8、对所述航磁矢量三分量测量数据进行savitzky-golay滤波，得到平滑矢量；

9、利用所述航磁总场测量数据对所述平滑矢量进行模长调整，以得到所述虚拟观测向量。

10、在本发明的一实施方式中，所述滤波更新为在卡尔曼滤波框架下进行的更新。

11、在本发明的一实施方式中，在利用所述虚拟观测向量对所述航磁矢量三分量测量数据进行滤波更新之前，还包括：

12、对所述航磁矢量三分量测量数据进行总场强度约束，以在保留其原始方向信息的前提下，使其模长与所述航磁总场测量数据保持一致。

13、在本发明的一实施方式中，所述滤波更新的步骤是迭代执行的，直至满足预设收敛条件。

14、在本发明的一实施方式中，所述预设收敛条件为：基于所述航磁矢量三分量处理结果计算的过程噪声协方差小于预设阈值。

15、在本发明的一实施方式中，所述过程噪声协方差是根据所述航磁矢量三分量处理结果的四阶差分来估计的。

16、在本发明的一实施方式中，所述卡尔曼滤波框架下的更新还基于测量噪声协方差；

17、所述测量噪声协方差是根据所述航磁总场测量数据与所述航磁矢量三分量测量数据的先验估计的模长之间的残差来估计的。

18、在本发明的一实施方式中，在获取所述航磁矢量三分量测量数据之后，还包括：

19、将所述航磁矢量三分量测量数据旋转至局地地理坐标系下。

20、在本发明的一实施方式中，在进行所述savitzky-golay滤波或所述四阶差分估计时，对测线端点数据采用镜像边界条件进行处理。

21、另一方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器；

22、所述存储器用于存储计算机程序；

23、所述处理器用于执行所述计算机程序，以实现如前所述的航磁矢量三分量数据处理方法。

24、此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述的航磁矢量三分量数据处理方法。

25、采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

26、本发明通过引入基于平滑处理和总场强度约束生成的虚拟观测向量，突破了传统单点数据处理的局限，有效利用了测线方向上的空间连续性信息。该方法能够在保持与高精度总场数据一致性的前提下，对航磁矢量三分量数据进行校正，从而将三分量数据的噪声水平在数量级上约降低三个数量级，由纳特量级降低至皮特量级，该方法在物理量级上实现噪声水平的降低，显著提高了数据的稳定性与物理真实性。

27、本发明采用savitzky-golay滤波对三分量数据进行平滑处理，能够在滤除高频随机噪声的同时，通过多项式拟合尽量保留信号的局部极值及磁场变化趋势。随后利用总场测量数据对平滑矢量进行模长调整，确保了虚拟观测向量既具备平滑性又具备准确的强度基准，为后续滤波更新提供了高质量的观测基准。

28、本发明通过在卡尔曼滤波框架下进行更新，能够以递归方式最优地融合“含噪的原始测量值”与“平滑后的虚拟观测值”。通过动态计算卡尔曼增益，实现了对三分量数据的自适应加权修正，相比于采用固定补偿系数的传统补偿方法，更能适应复杂的噪声环境，提高了数据处理的收敛速度和精度。

29、本发明在滤波更新前增加总场强度约束步骤，解决了因航磁总场与矢量测量补偿方法不同而导致的系统性水平差问题。该步骤在保留原始观测方向信息的前提下，使得矢量合成总场与实测总场一致，从而消除了系统偏差，为后续的卡尔曼滤波提供了无偏的初始状态向量。

30、本发明通过迭代执行滤波更新步骤，逐步抑制高频噪声并修正数据偏差。这种迭代机制允许算法不断逼近真实磁场值，直至满足收敛条件，确保了最终输出的三分量数据达到预设的高精度标准，避免了单次处理可能带来的欠拟合或过修正。

31、本发明采用设定过程噪声协方差小于预设阈值作为收敛条件，使得算法能够根据数据自身的噪声特性自动判断是否终止。这避免了人为设定固定迭代次数的盲目性，既保证了处理精度达到pt级，又防止了不必要的计算资源浪费，提高了算法的智能化程度。

32、本发明通过利用四阶差分来估计过程噪声协方差，该方法符合dz/t 0142-2010《航空磁测技术规范》中的质量控制标准。四阶差分能有效突出与测量噪声及平台扰动相关的短波长变化，使得噪声估计结果客观、准确，且与行业标准接轨，增强了算法的工程实用性。

33、本发明基于总场与矢量模长的残差来估计测量噪声协方差，能够实时量化矢量数据与高精度总场数据之间的偏离程度。这种残差分析机制使得观测噪声的估计更加贴近实际物理场景，当矢量数据质量较差时自动增大噪声权重，从而提高了滤波算法的鲁棒性和抗干扰能力。

34、本发明将测量数据旋转至局地地理坐标系，消除了运载平台姿态变化对磁场测量的影响，使得后续处理的数据均处于统一的物理参考框架下。这为不同测线、不同飞行姿态下的数据融合与对比提供了基础，保证了处理结果的空间一致性。

35、本发明对测线端点数据采用镜像边界条件进行处理，有效避免了savitzky–golay滤波和四阶差分运算在边界处因窗口截断导致的信号丢失或人工边界效应。该措施保证了包括起始点和结束点在内的整条测线数据的完整性和均匀性，实现了全测线范围内数据质量的统一提升。