(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211296609.9 (22)申请日 2022.10.21 (71)申请人 中铁二院工程 集团有限责任公司 地址 610031 四川省成 都市金牛区通锦路 三号 (72)发明人 冯涛　谢毅　赵思为　尹小康　 张夏临　罗威　徐正宣　张广泽　 宋章　徐学渊　 (74)专利代理 机构 四川力久律师事务所 512 21 专利代理师 曹露 (51)Int.Cl. G01V 3/38(2006.01) G01V 3/165(2006.01) G06F 17/15(2006.01) G06F 17/16(2006.01)G06N 3/00(2006.01) (54)发明名称 基于最优化理论的航空大地电磁功率谱估 算方法及设备 (57)摘要 本发明提供了一种基于最优化理论的航空 大地电磁功率谱估算方法及设备， 包括： 基于 Welch法将航空大地电磁序列数据分为多个子序 列， 并计算多个所述子序列的功率谱； 计算多个 所述子序列的标准差， 基于计算得到的标准差确 定每个所述子序列的初始权重， 根据所述初始权 重构建功率谱目标函数； 采用粒子群优化算法对 目标函数进行求解， 得到功率谱最优解。 本方法 在利用Welch法在航空大地电磁功率谱估算的叠 加过程中， 通过构建目标函数， 旨在让数据质量 较好的质料段在叠加过程中能够占据更大的权 重， 并在建立目标函数后， 采取基于最优化原理 的求解方式， 利用成熟、 有效的粒子群优化算法 进行寻优， 并成功寻找到最优解， 有效提高功率 谱估算值的可靠度。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115508899 A 2022.12.23 CN 115508899 A 1.一种基于最优化理论的航空大地电磁功率谱 估算方法， 其特 征在于， 包括： 基于Welch法将航空大地电磁序列数据分为多个子序列， 并计算多个所述子序列的功 率谱； 计算多个所述子序列的标准差， 基于计算得到的标准差确定每个所述子序列的初始权 重， 根据所述初始权 重构建功率谱目标函数； 基于优化 算法对功率谱目标函数进行求 解， 得到功率谱最优解。 2.根据权利要求1所述的基于最优化理论的航空大地电磁功率谱估算方法， 其特征在 于， 基于正则化反演原则， 根据所述初始权 重构建功率谱目标函数。 3.根据权利要求2所述的基于最优化理论的航空大地电磁功率谱估算方法， 其特征在 于， 所述功率谱目标函数为： φ(m)＝φ1(m)+λ φ2(m)； 式中， φ(m)为功率谱目标函数， m表示功率谱向量， λ为正则 化因子； φ1(m)为观测数据 目标函数， φ2(m)为模型 先验约束条件的目标函数； 通过下式确定所述观测数据目标函数： φ1(m)＝(WdΔd)T(WdΔd)； 其中， Δd为观测数据与理论响应之差向量， Wd为数据加权矩阵； Wd＝diag{1/σ1,1/σ2,...1/σj...1/σm}， σj为第j个数据段的标准差 。 4.根据权利要求3所述的基于最优化理论的航空大地电磁功率谱估算方法， 其特征在 于， 通过下式确定所述模型 先验约束条件的目标函数： φ2(m)＝(Rm)T(Rm)； 其中， 5.根据权利要求2所述的基于最优化理论的航空大地电磁功率谱估算方法， 其特征在 于， 所述基于优化算法对功 率谱目标函数进 行求解， 包括： 选取粒子群优化算法对功率谱目 标函数进行求 解。 6.根据权利要求5所述的基于最优化理论的航空大地电磁功率谱估算方法， 其特征在 于， 所述采用粒子群优化 算法对目标函数进行求 解， 包括： S31、 设定粒子群优化算法的超参数， 所述超参数包括： 粒子数目、 维度、 迭代结束条件； 根据每段功率谱的最大最小值计算出每段功率谱的寻优范围； 根据计算得到的寻优范围， 随机生成初始值； S32、 将所述初始值代入所述功率谱目标函数， 计算得到当前初始值对应的适应度； S33、 基于参数 更新公式更新所述初始值， 返回S2； S34、 重复S32～S33， 直到满足所述迭代结束条件， 比较输出所得适应度中的最优适应 度， 基于所述 最优适应度确定功率谱最优解。 7.根据权利要求6所述的基于最优化理论的航空大地电磁功率谱估算方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115508899 A 2于， 包括： vij(t+1)＝ωvij(t)+c1r1(t)(pij(t)‑xij(t))+c2r2(t)(pgj(t)‑xij(t))； xij(t+1)＝xij(t)+vij(t+1)； 其中， vij当前速度， xij为当前位置， c1、 c2为学习因子， r1、 r2为0～1之间的随机数， ω为 惯性权重因子， pij为当前最优解， pgj为全局最优解。 8.根据权利要求1～7任一所述的基于最优化理论的航空大地电磁功率谱估算方法， 其 特征在于， 所述基于Welch 法将航空大地电磁序列数据分为多个子序列， 并计算多个所述子 序列的功率谱， 包括： 将航空大地电磁序列数据分为K 段子序列， 每段长度为 L， 且每段 数据有一定的重 叠； 将窗函数应用到每段子序列数据中， 则每段子序列数据的周期图可表示 为： 其中， xi(n)是时间序列， w(n)是窗函数， e‑jnwt是时变因子； 其中 为窗口序列的能量； 则每 个所述子序列的功率谱 估计为： 9.一种电子设备， 其特征在于， 包括至少一个处理器， 以及与 所述至少一个处理器通信 连接的存储器； 所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行 的指令， 所述指令被所述 至少一个处理器执行， 以使所述至少一个处理器能够执行权利要求 1至8中任一项 所述的基 于最优化理论的航空大地电磁功率谱 估算方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115508899 A 3