融合多源场信息的磁温漂抑制及磁误差校正方法研究

This project will investigate the problem on how to compensate the temperature shift and how to calibrate the nonorthogonal error for improving the measurement accuracy of combined magnetometers. .A high accuracy matching model for multi-sensor data will be first established based on the exploration of the cross-correlation characteristics between the scalar magnetic field, vector magnetic field, and temperature field, to guarantee the effectiveness of the multi-data fusion..A new multi-data fusion based algorithm for measuring scalar and vector geomagnetic field will be developed. Meanwhile, a real-time calculation model will be created to suppress the temperature shift, and its optimization method will be investigated. Hence, the measurement accuracy and sensitivity of the magnetic field could be further improved through combing each advantage of different magnetometers. .An orthogonal geometry model of the three-axis magnetic sensor will be established for analyzing the formation mechanism of measurement error in a quantitive way. Then, a real-time tracking and complementary calibration method for scalar and vector magnetic field will be investigated to decrease the noise and the measurement error of the instrument, and thus guarantee the measurement credibility. .Finally, the validity of the method will be demonstrated through experiments on a new prototype of combined magnetometers we developed. The objective of this project is to develop a design method with higher temperature stability and stronger anti-interference ability for combined magnetometers. This project will have significant theoretical and practical results. Moreover, it will spur advances in the fields of magnetic prospecting technology.

本项目针对组合式磁测系统中由温漂、非正交误差等影响系统磁测性能的问题，开展一种融合多源场信息的磁温漂抑制及磁误差校正方法研究。通过分析地磁总场、矢量场以及温度场之间的互相关特性，建立多源场数据的精确配准模型，以确保数据融合的有效性；研究基于多源数据融合的地磁多参量（总场和矢量场）测量方法，建立多场源实时融合解算模型并对模型参数进行优化，以抑制温漂对测量数据的影响，并结合不同磁力仪自身的优势进一步提高磁测精度和灵敏度；建立三轴磁传感器正交几何模型并对磁测误差形成机理进行定量分析，在此基础上研究总场与矢量场的实时跟踪互补校正算法，以降低系统噪声和测量误差从而保证磁场测量指标的可信度；搭建实验测试系统以验证理论模型和测量方法，并研制新型组合式磁测系统原理样机。本研究将为复杂背景下组合式磁测系统设计提供一种温度稳定性更高、抗干扰能力更强的方法，促进磁法勘探技术的发展，具有重要的科学意义和应用价值。

本项目基于多源异构数据融合技术，建立了一种全新的地磁多参量测量模型，提出了一种新颖的基于多源异构数据融合的磁温漂抑制及磁误差校正方法，实现了对总场和矢量场传感器测量数据的精确解算，突破了组合式磁测系统由温漂、非正交误差等影响系统磁测性能的瓶颈。..首先，分析了地磁场与温度场的互相关特性，提出了一种基于尺度不变特征转换的二次匹配方法，以获取不同场源特征并依次完成特征点的粗匹配和细匹配。在此基础上采用稀疏数据插值算法，完成了多源异构数据的重建。..然后，利用深度递归神经网络建立了基于地磁总场、矢量场和温度场的多源数据融合模型，提出了一种基于长短时记忆单元二次融合的地磁总场与矢量场同步解算方法。在此基础上建立了以总场噪声、矢量场噪声以及温度场作为影响因子的理想目标场噪声特征方程，并对上述因素所造成的温漂和传导噪声进行了定量分析，厘定了各影响因子的权重系数，进一步优化了模型参数。..接着，基于三轴磁传感器校正模型系数之间存在的较强相关性，建立了一种正交误差几何模型，并对共性误差的形成机理进行了定量分析。在此基础上提出了一种基于线性神经网路的反向并行优化方法，克服了因随机初始化权值参数导致的局部优化问题，结合前述融合解算模型实现了矢量场与总场的互补校正。..最后，搭建了一种由质子核旋进传感器、磁通门传感器、以及温度传感器构成的地磁多参量磁测系统原理样机，通过标准传感器对人工磁场进行测量，并利用其与人工磁场发生器、三维赫姆霍兹线圈配合产生可控磁场，对系统磁测性能进行了测试。结果表明：地磁总场灵敏度优于0.01 nT@1 Hz，标准不确定度优于0.2 nT，地磁三分量场灵敏度优于0.05 nT@1 Hz，不确定度优于0.5 nT。..项目执行期间，发表SCI论文16篇，其中2篇论文被主编遴选为“特色亮点文章”（Featured Articles），并被国际权威学术新闻媒体“科学之光”（AIP Scilight）专访报道（入选比例：1/100）；授权国家发明专利3项；培养博士研究生2人，硕士研究生1人；入选武汉市“黄鹤英才计划”优秀青年人才1人；受邀担任国际仪表测量领域顶级期刊《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》编委（Associate Editor）1人。

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