基于多参数约束镜像双支路偏置单稳态随机共振系统的磁异常检测

《Sensors》：Magnetic Anomaly Detection Based on a Multi-Parameter-Constrained Mirror Dual-Branch Biased Monostable Stochastic Resonance System

　　

摘要

磁异常检测易受环境噪声及不足的先验目标信息影响，因此在信噪比较低的情况下难以检测到非周期性异常信号。本文提出一种基于多参数约束的镜像双支路偏置单稳态随机共振系统的检测方法。通过在传统的偏置单稳态势函数中引入非线性奇数阶偏置项，构建出可多参数控制的随机共振模型。这有助于更好地控制势阱的宽度、深度以及壁面形态，从而提升对噪声能量的利用效率以及对非周期性特征的响应能力。针对峰型、谷型和双极型异常形态，设计了镜像双支路随机共振结构，以实现不同极性特征的协同检测。为在参数优化过程中保持时间波形和时频结构，本文构建了一种结合相关系数和小波域图像结构相似性指数的复合评估指标。通过多保真度鲁棒贝叶斯优化方法，为磁异常信号族确定了统一的鲁棒参数集。通过模拟彩色噪声和实测地磁噪声进行的实验表明，所提出的方法能够在强噪声环境下有效恢复磁异常特征，在-19 dB的信噪比下，其检测概率仍保持在80%以上。与正交基函数分解、经验模态分解以及自适应噪声的完全集成经验模态分解相比，该方法在低信噪比条件下具有更好的噪声抑制效果、特征保留能力以及检测性能。