Efficient and robust Levenberg–Marquardt Algorithm based on damping parameters for parameter inversion in underground metal target detection

Levenberg-Marquardt算法 算法 职位(财务) 趋同(经济学) 计算机科学 反演(地质) 非线性系统 人工智能 人工神经网络 古生物学 物理 财务 构造盆地 量子力学 经济 生物 经济增长
作者
Xiaofen Wang,Peng Wang,Xiaolin Zhang,Yadong Wan,Wen Li,Haodong Shi
出处
期刊:Computers & Geosciences [Elsevier]
卷期号:176: 105354-105354
标识
DOI:10.1016/j.cageo.2023.105354
摘要

The Levenberg–Marquardt (LM) algorithm has been widely used to solve nonlinear least-squares problems in underground target detection. However, the LM algorithm has an unsatisfactory performance of convergence due to the influence of noise in the environment. Therefore, a new modified LM (NMLM) algorithm has been proposed in this paper to improve its accuracy and efficiency of parameter estimation with low SNR. The NMLM algorithm can also converge globally under certain conditions and converge quadratically under the error-bound condition, which updates based on the gain ratio and determines the damping factor based on the gradient value. An experimental investigation has been conducted under different SNRs and the amount of data, and the results indicate the new algorithm can accurately and quickly estimate the parameters of underground metal targets under the lower SNRs and smaller amounts of data. More specifically, the estimation accuracy of position, principal axes polarizability, and orientation of the metal target can be increased by up to 1.6 cm, 0.00013, and 2.31 degree, respectively. This paper also verifies that the new algorithm finds the optimal solution for standard numerical problems with low errors and a finite number of iterations.

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