一种多磁性运动目标体的定位方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多磁性运动目标体的定位方法及其装置，包括如下步骤：S1：获取每个磁力观测基站上的磁力矢量以及磁力梯度张量；S2：利用每个磁力观测基站的磁力梯度张量并采用最小二乘算法得到每个磁力观测基站的非线性方程，并将所有磁力观测基站的非线性方程进行组合得到非线性方程组；S3：利用每个磁力观测基站的磁力矢量、磁力梯度张量并采用单站单目标定位算法获取n个磁性运动目标体的初始位置，以及基于n个磁性运动目标体的初始位置采用列文伯格‑马夸尔特法计算非线性方程组得到n个磁性运动目标体的质心坐标位置以及磁矩。通过所述方法可以确定多个磁性运动目标体的位置和磁矩，实现多个磁性运动目标体的定位。

A Method and Device for Locating Multi-magnetic Moving Objects

The invention discloses a method and device for locating a multi-magnetic moving object, including the following steps: S1: obtaining the magnetic force vector and magnetic gradient tensor on each magnetic observation base station; S2: obtaining the non-linear equation of each magnetic observation base station by using the magnetic gradient tensor of each magnetic observation base station and using the least square algorithm, and then observing the non-linear equation of all magnetic observation base stations. Linear equations are combined to obtain a set of nonlinear equations; S3: The initial positions of N magnetic moving targets are obtained by using the magnetic vector and magnetic gradient tensor of each magnetic observation base station and single-station single-target localization algorithm; and the initial positions of N magnetic moving targets are calculated by Levenberg-Marquart method to obtain n magnetic moving targets. The coordinate position of the center of mass and the magnetic moment of the body. The position and magnetic moment of multiple magnetic moving objects can be determined by the method, and the location of multiple magnetic moving objects can be realized.

【技术实现步骤摘要】
一种多磁性运动目标体的定位方法及其装置
本专利技术属于勘探地球物理
，具体涉及一种多磁性运动目标体的定位方法及其装置。
技术介绍
航空器的飞行轨迹监测、水下潜艇的磁矩估计及其潜航轨迹探测、弹道导弹末端高精度跟踪是目前民用、军事领域的研究难点。目前，虽然存在一些方法技术来定位磁性运动目标体的轨迹，如声学雷达和声呐、电磁激光波法，但是这些技术易受人文干扰影响，具有不稳定性。而磁性是磁性运动目标体的固有属性，不随电磁和声波环境而改变。为此，作为一种被动源探测方法，基于磁力场或磁力梯度数据探测的方法来探测和估计水下或者空中磁性运动目标体的位置和磁矩是目前研究的热点。但是现有的技术中，基于磁力矢量及其梯度张量均只能确定单一目标体位置和磁矩，尚无方法或研究实现多磁性运动目标体的定位，而对多个运动目标进行定位和识别的实用性更强，而需要深入的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多磁性运动目标体的定位方法及其装置，利用磁力观测基站观测磁力矢量和磁力梯度张量，以确定多个磁性运动目标体的位置和磁矩，实现多个磁性运动目标体的定位，为下一步军用或者民用研究奠定了基础。一方面，本专利技术提供一种多磁性运动目标体的定位方法，包括如下步骤：S1：获取每个磁力观测基站上的磁力矢量以及磁力梯度张量；其中，在待定位的n个磁性运动目标体周围布设q个磁力观测基站，q≥n；所述磁力矢量以及磁力梯度张量如下所示：式中，Bi、Gi分别为第i个磁力观测基站的磁力矢量、磁力梯度张量，分别为磁力矢量Bi在空间直角坐标系xyz中的x、y、z方向上的分量，分别为磁力分量在x、y、z方向上梯度；S2：将每个磁力观测基站的磁力梯度张量采用最小二乘算法得到每个磁力观测基站的非线性方程，并将所有磁力观测基站的非线性方程进行组合得到非线性方程组；Φ(p)＝[Wd(dobs-GG(p))]T[Wd(dobs-GG(p))]其中：GG(p)＝[GG1(p)...,GGi(p),...GGq(p)]T式中，Φ(p)表示非线性方程组，p为待求参数向量，pj为待求参数向量p中第j个磁性运动目标体的对应的参数，xj,yj,zj为第j个磁性运动目标体在x、y、z方向上的质心坐标分别为第j个磁性运动目标体在x、y、z方向上的磁矩；Wd为权重矩阵，dobs为观测数据向量，diobs为观测数据向量dobs中第i个磁力观测基站对应的观测数据，GG(p)为正演响应向量，GGi(p)为正演响应向量GG(p)中第i个磁力观测基站对应的正演响应向量，为第i个磁力观测基站上磁性运动目标体在xx、xy、xz、yy、yz方向上产生的磁力梯度，T为转置矩阵符号；权重矩阵Wd是观测数据向量dobs的误差协方差矩阵的倒数组成的对角矩阵，是第i个磁力观测基站对应的权重矩阵，分别为第i个磁力观测基站对应的权重矩阵中在xx、xy、xz、yy、yz方向上元素。第i个磁力观测基站上磁性运动目标体在gh方向产生的磁力梯度的计算公式如下：其中：式中，为第i个磁力观测基站上磁异常体在gh方向上产生的磁力梯度，Rij表示表示第j个磁性运动目标体与第i个磁力观测基站之间的坐标差向量，Rij表示第j个磁性运动目标体与第i个磁力观测基站之间的距离，且等于坐标差向量Rij的模，Δxij、Δyij、Δzij分别表示第j个磁性运动目标体与第i个磁力观测基站在x、y、z方向上的坐标差，ai、bi、ci分别表示第i个磁力观测基站在x、y、z方向上的坐标，Mj为第j个磁性运动目标体的磁矩向量，μ0为真空磁导率；S3：利用每个磁力观测基站的磁力矢量、磁力梯度张量并采用单站单目标定位算法获取所述n个磁性运动目标体的初始位置，以及基于所述n个磁性运动目标体的初始位置采用列文伯格-马夸尔特法计算所述非线性方程组得到所述n个磁性运动目标体的质心坐标位置以及磁矩；每个磁性运动目标体的初始位置包括磁性运动目标体在x、y、z方向上的初始坐标位置和初始磁矩。本专利技术公式中粗体表示向量，对应非粗体表示向量的模。每个磁力观测基站的非线性方程中的待求参数向量包括每个磁性运动目标体在空间直角坐标系xyz中的x、y、z方向上的坐标位置和磁矩。例如，获得包含坐标位置信息和磁矩信息的第i个磁力观测基站对应的非线性方程如下：式中，分别为第i个磁力观测基站在xx、xy、xz、yy、yz方向上的非线性方程，。每个磁力观测基站对应存在一组上述非线性方程，进而将q个磁力观测基站的非线性方程进行组合得到上述非线性方程组Φ(p)。进一步优选，S3中利用每个磁力观测基站的磁力矢量、磁力梯度张量并采用单站单目标定位算法获取所述n个磁性运动目标体的初始位置的执行过程如下：首先，将所述n个磁性运动目标体视为一个目标整体，并利用每个磁力观测基站的磁力矢量和磁力梯度张量分别计算出每个磁力观测基站上观测的所述目标整体的坐标位置以及磁矩；然后，从所有磁力观测基站上观测的目标整体的坐标位置、磁矩中依次选择出每个磁性运动目标体的初始位置坐标、初始磁矩；其中，从所有磁力观测基站上观测的目标整体的坐标位置、磁矩中任意选择一个磁力观测基站观测的目标整体的坐标位置和磁矩作为一个磁性运动目标体的初始坐标位置、初始磁矩。得到每个磁力观测基站上观测的所述目标整体的坐标位置以及磁矩后，可以将所有磁力观测基站上观测的所述目标整体的坐标位置以及磁矩构成位置信息矩阵以及磁矩信息矩阵，其中，所述位置信息矩阵、磁矩信息矩阵中每一行或每一列元素分别对应为一个磁力观测基站上观测的所述目标整体的坐标位置和磁矩；再基于所述n个磁性运动目标体依次从所述位置信息矩阵和所述磁矩信息矩阵随机选择一组坐标位置和磁矩作为每个磁性运动目标体的初始坐标位置、初始磁矩，此时，所述选择一组坐标位置和磁矩为选择同一个磁力观测基站计算出的一组坐标位置和磁矩。本专利技术使用列文伯格-马夸尔特法计算所述非线性方程组，众所周知，此迭代方法的初始值的选择将直接影响最终计算结果的可靠性。本专利技术提出了一种数值稳定且高精度的单站单目标定位算法，并在单站单目标定位算法的基础上给出了一个挑选位置初始值的可行的方案：即将多个磁性运动目标体看成一个目标整体，通过单站单磁性目标定位算法计算每个磁力观测基站上估计的该目标整体的坐标位置以及磁矩得到位置信息矩阵以及磁矩信息矩阵，再从位置信息矩阵以及磁矩信息矩阵中选择坐标位置和磁矩作为每个磁性运动目标体的初始坐标位置、初始磁矩，进而确定每个磁性运动目标体的初始位置。进一步优选，所述目标整体的坐标位置以及磁矩的计算公式如下：其中：式中，分别为第i个磁力观测基站上观测的目标整体在x、y、z方向上的坐标，ai、bi、ci分别表示第i个磁力观测基站在x、y、z方向上的坐标；分别为第i个磁力观测基站上观测的目标整体的磁矩向量在x、y、z方向上的磁矩，ni为Ri的法向单位矢量，Ri为目标整体与第i个磁力观测基站之间坐标差向量，Ri为目标整体与第i个磁力观测基站之间的距离，且等于坐标差向量Ri的模，Δxi、Δyi、Δzi分别表示目标整体与第i个磁力观测基站在x、y、z方向上的坐标差。进一步优选，S3中基于所述初始位置矩阵采用列文伯格-马夸尔特法计算所述非线性方程组得到所述n个磁性运动目标体的质心坐标位置以及磁矩的执行过程如下：首先，调用预设函数计算所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多磁性运动目标体的定位方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：获取每个磁力观测基站上的磁力矢量以及磁力梯度张量；其中，在待定位的n个磁性运动目标体周围布设q个磁力观测基站，q≥n；所述磁力矢量以及磁力梯度张量如下所示：

【技术特征摘要】
1.一种多磁性运动目标体的定位方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：获取每个磁力观测基站上的磁力矢量以及磁力梯度张量；其中，在待定位的n个磁性运动目标体周围布设q个磁力观测基站，q≥n；所述磁力矢量以及磁力梯度张量如下所示：式中，Bi、Gi分别为第i个磁力观测基站的磁力矢量、磁力梯度张量，分别为磁力矢量Bi在空间直角坐标系xyz中的x、y、z方向上的分量，分别为磁力分量在x、y、z方向上梯度；S2：将每个磁力观测基站的磁力梯度张量采用最小二乘算法得到每个磁力观测基站的非线性方程，并将所有磁力观测基站的非线性方程进行组合得到非线性方程组；Φ(p)＝[Wd(dobs-GG(p))]T[Wd(dobs-GG(p))]其中：GG(p)＝[GG1(p)...,GGi(p),...GGq(p)]T式中，Φ(p)表示非线性方程组，p为待求参数向量，pj为待求参数向量p中第j个磁性运动目标体的对应的参数，xj,yj,zj为第j个磁性运动目标体在x、y、z方向上的质心坐标；分别为第j个磁性运动目标体在x、y、z方向上的磁矩；Wd为权重矩阵，dobs为观测数据向量，为观测数据向量dobs中第i个磁力观测基站对应的观测数据，GG(p)为正演响应向量，GGi(p)为正演响应向量GG(p)中第i个磁力观测基站对应的正演响应向量，为第i个磁力观测基站上磁性运动目标体在xx、xy、xz、yy、yz方向上产生的磁力梯度，T为转置矩阵符号；第i个磁力观测基站上磁性运动目标体在gh方向产生的磁力梯度的计算公式如下：其中：式中，为第i个磁力观测基站上磁异常体在gh方向上产生的磁力梯度，Rij表示表示第j个磁性运动目标体与第i个磁力观测基站之间的坐标差向量，Rij表示第j个磁性运动目标体与第i个磁力观测基站之间的距离，且等于坐标差向量Rij的模，Δxij、Δyij、Δzij分别表示第j个磁性运动目标体与第i个磁力观测基站在x、y、z方向上的坐标差，ai、bi、ci分别表示第i个磁力观测基站在x、y、z方向上的坐标，Mj为第j个磁性运动目标体的磁矩向量，μ0为真空磁导率；S3：利用每个磁力观测基站的磁力矢量、磁力梯度张量并采用单站单目标定位算法获取所述n个磁性运动目标体的初始位置，以及基于所述n个磁性运动目标体的初始位置采用列文伯格-马夸尔特法计算所述非线性方程组得到所述n个磁性运动目标体的质心坐标位置以及磁矩；每个磁性运动目标体的初始位置包括磁性运动目标体在x、y、z方向上的初始坐标位置和初始磁矩。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S3中利用每个磁力观测基站的磁力矢量、磁力梯度张量并采用单站单目标定位算法获取所述n个磁性运动目标体的初始位置的执行过程如下：首先，将所述n个磁性运动目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡双贵，汤井田，任政勇，汤子键，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43