[发明专利]基于主成分分析的航磁补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于主成分分析的航磁补偿方法，包括：计算标定飞行的标准化姿态矩阵的主成分；将标定飞行的标准化姿态矩阵的主成分按照贡献程度大小进行排序，选取贡献程度较高的若干个主成分，得到标定飞行的新姿态矩阵和变换矩阵；利用标定飞行数据，采用最小二乘算法获得新姿态矩阵下的补偿系数；根据标定飞行的变换矩阵，提取验证飞行的标准化姿态矩阵的主成分，得到验证飞行的新姿态矩阵；以及对验证飞行的测量数据进行磁补偿，实现基于主成分分析的航磁补偿。有效克服了由于复共线性造成的信息重叠、逆矩阵求解不稳定导致的磁补偿不精确的问题，同时能有效的区分系统的信息和噪声，提高系统建模的准确性，实现了对航磁总场的有效补偿。

技术领域

本公开属于地球物理航空磁法勘探领域，涉及一种基于主成分分析的航磁补偿方法。

背景技术

航空磁法勘探作为一种重要的航空物探手段在地球物理领域获得广泛的应用。该勘探方法具有高效，安全，可靠等显著优点，在航空磁法勘探过程中，设备搭载平台通常为固定翼，直升机等，其中光泵磁力仪通常固联在搭载平台上。由于飞机由铁磁性材料制成，在地磁场环境中，飞机上的铁磁性材料会对光泵磁力仪探头检测到的信号产生干扰磁场信号，该干扰磁场将导致无法从磁测数据中提取有效的磁异常信息，因此针对飞机干扰磁场进行有效的磁补偿对于航空磁法勘探具有重要的意义。

目前国内在航磁勘探领域主要使用的是国外的磁补偿设备，如RMS公司的AADC系列磁补偿仪，PICO公司的航磁补偿设备。上述补偿设备的补偿算法基于传统的航磁补偿算法设计，该算法的特点在于：先将光泵磁力仪和磁通门磁力仪采集到的数据通过一个低通滤波器，滤除部分和飞机磁干扰不相关的噪声，其后通过最小二乘算法求解，达到去除飞机干扰磁场的目的。

然而，现有航磁补偿模型中存在复共线性的问题，当采用最小二乘算法求解时，模型的姿态信息矩阵不满秩，最终导致信息矩阵不可逆，所获取的补偿参数不准确，导致在实际补偿中可能会出现问题，因此亟需提出一种磁补偿的方法，能够降低航磁补偿模型中的复共线性，从而保证对数据进行磁补偿时的有效性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种基于主成分分析的航磁补偿方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种基于主成分分析的航磁补偿方法，包括：计算标定飞行的标准化姿态矩阵的主成分；将标定飞行的标准化姿态矩阵的主成分按照贡献程度大小进行排序，选取贡献程度较高的若干个主成分，得到标定飞行的新姿态矩阵和变换矩阵；利用标定飞行数据，采用最小二乘算法获得新姿态矩阵下的补偿系数；根据标定飞行的变换矩阵，提取验证飞行的标准化姿态矩阵的主成分，得到验证飞行的新姿态矩阵；以及对验证飞行的测量数据进行磁补偿，实现基于主成分分析的航磁补偿。

在本公开的一些实施例中，在进行计算标定飞行的标准化姿态矩阵的主成分的步骤之前包括：对航磁标定飞行数据中的姿态矩阵进行标准化处理，获得标定飞行的标准化姿态矩阵；以及计算标定飞行的标准化姿态矩阵的协方差矩阵，并求取协方差矩阵的特征值和特征向量；在进行根据标定飞行的变换矩阵，提取验证飞行的标准化姿态矩阵的主成分，得到验证飞行的新姿态矩阵的步骤之前包括：对航磁验证飞行数据中的姿态矩阵进行标准化处理，获得验证飞行的标准化姿态矩阵。

在本公开的一些实施例中，标定飞行的新姿态矩阵和变换矩阵满足：

F_cal＝[F_{1_cal} F_{2_cal} … F_m__cal]