磁测量扰动噪声分析和小波去噪算法研究

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由于地磁定位无源性、低成本的优势,近几年成为了室内定位研究的关键技术。地磁定位是通过实时测量地磁序列与已知地磁基准库之间关联运算,来确定匹配点空间位置的一种方法。由于实时测量磁数值容易受到观测设备、环境干扰等多种因素影响,观测结果会含有随机、有色等多种类型磁噪声,这种磁扰动在一定程度上会降低了地磁匹配结果的可靠性和准确度。针对实时测量磁数值扰动不确定的问题,开展了磁测量扰动噪声的特征分析和降噪处理的试验研究,为提高室内地磁匹配精度提供理论基础。为了研究不同扰动源对磁测量数值的扰动特点,使用自制磁力仪HBEQ-1,FVM-400磁力仪和JHC-03CTM磁力仪,在行人、运输车、铁闸门、打夯等因素干扰条件下,开展了基准点的磁扰动测量试验。选取平均值、方差、频率等指标,分析了对应条件磁扰动的噪声特征,形成了相应的噪声模型。试验发现,实时测量磁数值受到设备传感器、环境干扰等多方面因素的影响。磁扰动从几纳特至几百纳特范围内波动;环境干扰可以产生几百至上万纳特不等的瞬时强噪声,也可能产生几百纳特到上千纳特周期性噪声;HBEQ-1缺少系统校正,产生了约10000n T~20000n T的偏置噪声。针对随机噪声、偏置噪声、瞬时噪声、周期噪声等类型的噪声特点,采用移动平均滤波,中值滤波,小波变换等算法模型,开展了实时测量磁数值的去噪处理试验。结果表明,降噪算法在一定程度上能够去除一部分噪声,去噪后信噪比有不同程度的提高。不同的降噪算法对噪声类型有一定适用性,移动平均滤波对周期噪声处理效果较好,中值滤波对瞬时强噪声的去噪效果显著,小波去噪对随机噪声和偏置噪声的去噪效果明显。另外,小波基类型、分解层数和阈值方法的参数选取会直接影响实际小波去噪的效果,需要结合试验过程去噪前后信噪比大小来灵活确定。试验数据在coif5小波基、5层分解、软阈值sqtwolog函数条件下,实时测量磁数据去噪效果相对最优。图50幅;表25个;参58篇。
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