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一种近海水域磁异常信号检测方法

杜德锋 陈帅 王磊 孟凡凯

杜德锋, 陈帅, 王磊, 等. 一种近海水域磁异常信号检测方法[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(2): 269-277 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203008
引用本文: 杜德锋, 陈帅, 王磊, 等. 一种近海水域磁异常信号检测方法[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(2): 269-277 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203008
DU Defeng, CHEN Shuai, WANG Lei, MENG Fankai. A Detection Method of Magnetic Anomaly Signal in Offshore Waters[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(2): 269-277. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203008
Citation: DU Defeng, CHEN Shuai, WANG Lei, MENG Fankai. A Detection Method of Magnetic Anomaly Signal in Offshore Waters[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(2): 269-277. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203008

一种近海水域磁异常信号检测方法

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203008
基金项目: 国家自然科学基金(11974429).
详细信息
    作者简介:

    杜德锋(1983-), 男, 博士, 工程师, 主要研究方向为磁信号检测

  • 中图分类号: TJ67; U674.941; O441.4

A Detection Method of Magnetic Anomaly Signal in Offshore Waters

  • 摘要: 磁异常信号检测在近海防御领域应用前景广阔, 实现远距离、长时间监测是目前亟待解决的问题。文中提出一种水下磁异常探测模型, 引入小波域分析与正交基分解检测的方法, 通过对磁异常信号特征与小波分解频率分析, 提出一种自适应层数确定方法, 再进行去噪正交基分解能量检测的自主处理流程。针对小波域去噪问题, 在不同分解尺度下, 提出独立使用不同收缩系数对细节系数进行处理, 提高对高频噪声抑制效果。研究结果表明相对于传统小波去噪, 文中方法信噪比提升约27%, 误识别率降低39%。

     

  • 图  1  水下磁异常探测模型

    Figure  1.  Underwater magnetic anomaly detection model

    图  2  改进的小波阈值计算函数

    Figure  2.  Improved wavelet threshold calculation function

    图  3  磁异常信号检测流程

    Figure  3.  Flow chart of magnetic anomaly signal detection

    图  4  含噪声信号与目标信号

    Figure  4.  Noise signal and target signal

    图  5  去噪效果对比

    Figure  5.  Comparison of denoising effect

    图  6  OBF检测效果对比

    Figure  6.  Comparison of OBF detection effect

    图  7  信噪比对比

    Figure  7.  Comparison of SNR

    图  8  均方根误差对比

    Figure  8.  Comparison of RMSE

    图  9  实测原始信号

    Figure  9.  Measured original signal

    图  10  实测信号去噪效果对比

    Figure  10.  Comparison of denoising effect of measured signal

    图  11  实测信号OBF检测结果

    Figure  11.  OBF detection results of measured signals

    表  1  信噪比与均方误差对比

    Table  1.   Comparison of signal to noise ratio and mean square Eerror

    评价指标 Sn RRMSE
    原始信号 −11.350 1.120
    低通滤波 6.945 0.136
    软阈值 13.214 0.066
    文中方法 16.834 0.043
    下载: 导出CSV

    表  2  MS3A-02A-W传感器主要参数性能

    Table  2.   Main parameters of MS3A-02A-W

    属性范围
    测量范围−100~100 μT
    峰峰值噪声<0.2 nT
    功率谱噪声10~20 pT/Hz^1/2@1 Hz
    频率响应0~1 kHz(±5%)
    功耗<0.4 W
    下载: 导出CSV

    表  3  阈值检测FAR对比

    Table  3.   Comparison of false alarm rate

    OBF检测方法 NARNALLF
    低通滤波601450013.4
    小波软阈值23045005.1
    文中方法14145003.1
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-10
  • 修回日期:  2022-04-30
  • 录用日期:  2022-09-19
  • 网络出版日期:  2022-12-06

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