In this paper, we consider the magnetic anomaly detection problem which aims to find hidden ferromagnetic masses by estimating the weak perturbation they induce on local Earth's magnetic field. We consider classical detection schemes that rely on signals recorded on a moving sensor, and modeling of the source as a function of unknown parameters. As the usual spherical harmonic decomposition of the anomaly has to be truncated in practice, we study the signal vector subspaces induced by each multipole of the decomposition, proving they are not in direct sum, and discussing the impact it has on the choice of the truncation order. Further, to ease the detection strategy based on generalized likelihood ratio test, we rely on orthogonal polynomials theory to derive an analytical set of orthonormal functions (multipolar orthonormal basis functions) that spans the space of the noise-free measured signal. Finally, based on the subspace structure of the multipole vector spaces, we study the impact of the truncation order on the detection performance, beyond the issue of potential surparametrization, and the behaviour of the information criteria used to choose this order.


翻译:本文研究磁异常检测问题,其目标是通过估计隐藏铁磁体对局部地磁场的微弱扰动来探测其存在。我们考虑基于移动传感器记录信号的经典检测方案,并将源建模为未知参数的函数。由于异常信号的球谐分解在实际中必须截断,我们分析了分解中每个多极子诱导的信号向量子空间,证明它们并非直和,并讨论了这对截断阶数选择的影响。此外,为简化基于广义似然比检验的检测策略,我们借助正交多项式理论推导出一组解析的正交函数(多极正交基函数),其张成了无噪声测量信号的函数空间。最后,基于多极向量空间的子空间结构,我们研究了截断阶数对检测性能的影响(超越潜在过参数化问题),以及用于选择该阶数的信息准则的行为特性。

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