地磁测量中载体干扰磁场特性及补偿方法研究-仪器科学与技术专业论文.docx

万方数据 万方数据 国防科学技 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 目 录 摘 要 i Abstract iii 第一章 绪 论 1 1.1 研究背景及意义 1 1.1.1 课题研究背景 1 1.1.2 课题的研究意义 1 1.2 载体干扰磁场补偿技术的国内外研究现状 4 1.2.1 传感器配置方式 5 1.2.2 地磁测量信号中的随机干扰抑制方法 6 1.2.3 干扰磁场软件补偿方法 7 1.3 论文的研究内容及章节安排 14 1.3.1 论文的研究思路 14 1.3.2 主要内容与章节安排 15 1.4 本章小结 16 第二章 载体磁场特性仿真研究 18 2.1 引言 18 2.2 载体磁场特性分析的电磁场理论基础 18 2.2.1 电磁场边值问题的数学描述 18 2.2.2 位函数 20 2.3 载体磁场的数值计算 21 2.3.1 有限元法在电磁场求解问题中的应用 21 2.3.2 基于 Ansoft Maxwell 的载体磁场数值分析 22 2.4 感应磁场特性研究 24 2.4.1 实体模型的建立 24 2.4.2 匀强磁场的产生 24 2.4.3 仿真结果与分析 26 2.5 涡流磁场特性研究 32 2.5.1 涡流磁场分析的数学模型 32 2.5.2 载体绕坐标轴进行匀速圆周运动 33 2.5.3 载体绕坐标轴进行摆动 37 2.5.4 载体涡流磁场特性总结 40 2.6 本章小结 41 第 I 页 第三章 地磁测量信号中的随机干扰抑制方法研究 43 3.1 引言 43 3.2 形态滤波概述 43 3.2.1 形态滤波的基本原理 44 3.2.2 结构元素的选取 46 3.2.3 广义组合形态滤波器 47 3.2.4 形态滤波器去噪特性研究 47 3.2.5 实际信号的形态滤波处理结果 50 3.3 Hilbert-Huang 变换 52 3.3.1 经验模态分解 52 3.3.2 Hilbert 变换 53 3.4 基于形态滤波_HHT 的地磁信号分析方法 54 3.4.1 基本思想 54 3.4.2 实测地磁信号处理与结果分析 55 3.5 本章小结 59 第四章 基于线性测量模型的载体干扰磁场补偿方法研究 60 4.1 引言 60 4.2 三分量磁力仪的测量模型 60 4.3 载体干扰磁场补偿方法 62 4.3.1 载体磁场总量补偿模型 62 4.3.2 载体磁场补偿的步骤 63 4.4 载体干扰磁场参数估计方法 63 4.4.1 信赖域法 63 4.4.2 无迹 Kalman 滤波法 72 4.4.3 不同补偿方法的比较 79 4.5 本章小结 83 第五章 基于非线性模型的载体干扰磁场补偿方法研究 84 5.1 引言 84 5.2 载体磁场线性测量模型误差分析 84 5.3 基于半参数模型的载体干扰磁场补偿方法 85 5.3.1 半参数模型 85 5.3.2 非线性半参数模型的两步核估计法 86 5.3.3 基于半参数模型的载体干扰磁场补偿方法 87 5.3.4 补偿方法特性仿真分析 88 第 II 页 第 PAGE 第 PAGE VII 页 万方数据 5.3.5 实验结果与分析 90 5.4 考虑涡流磁场时的干扰磁场补偿方法 92 5.4.1 磁力仪测量模型 93 5.4.2 考虑涡流磁场时的干扰磁场补偿方法 94 5.4.3 补偿方法特性仿真研究 95 5.5 本章小结 98 第六章 载体干扰磁场补偿方法试验研究 99 6.1 引言 99 6.2 试验对象及试验环境 99 6.2.1 试验对象简介 99 6.2.2 试验场地 99 6.2.3 磁力仪介绍 100 6.3 试验方案设计与实施 101 6.3.1 整体试验方案 101 6.3.2 运动方案设计 102 6.3.3 传感器配置测试实验 104 6.3.4 载体干扰磁场试验步骤 107 6.4 实验结果与分析 107 6.4.1 预处理 108 6.4.2 干扰磁场补偿 111 6.4.3 试验小结 113 6.5 本章小结 114 第七章 总结与展望 115 7.1 主要研究成果及结论 115 7.2 对进一步工作的展望 116 致 谢 118 参考文献 120 作者在学期间取得的学术成果……………………………………………………...132 表 目 录 表 2.1 模型尺寸及材料属性 24 表 4. 1 在不同噪声标准差下的参数估计结果 70 表 4. 2 不同噪声水平下参数估计的标准差 70 表 4. 3 参数估计结果 79 表 4. 4 不同方法性能比较 80 表 4. 5 半实物仿真中不同方法性能比较 82