一种基于检测依据的磁探仪探测宽度预报模型及求解方法技术

本发明专利技术提供一种基于检测依据的磁探仪探测宽度预报模型及求解方法。为了克服现有方法获得的磁探仪探测宽度值与磁探仪真实探测宽度差距较大的问题，本发明专利技术借鉴搜索论中搜索器材扫描宽度的定义，引入概率分布的思想，准确反映了各个影响因素变化对探测性能的影响，使得磁探仪探测宽度结果准确性显著提升。

【技术实现步骤摘要】
一种基于检测依据的磁探仪探测宽度预报模型及求解方法
本专利技术涉及一种磁探仪探测宽度获知方法，具体涉及一种基于检测依据的磁探仪探测宽度预报模型及求解方法。
技术介绍
目前磁探仪探测宽度是根据磁探仪设备的技术参数或者根据经典探测宽度预报模型得到。根据经典探测宽度预报模型，假定磁探仪搭载平台高度固定，水下目标深度固定，只要水下目标与磁探仪的横向距离L小于战术搜索宽度(磁探仪探测水下目标的探测距离)，就能发现水下目标。由水下目标磁场信号分析可知，在磁探仪搭载平台高度固定，水下目标深度固定，水下目标磁特性不变的条件下，磁探仪搭载平台沿不同的航向飞行时，水下目标磁异常信号大小就有明显的差异；而且水下目标沿不同的磁航向航行的条件下，其感应磁矩也有较大的变化；显然不同的信号特征条件下，探测宽度是不同的。可见影响磁探仪探测宽度的因素不仅仅是磁探仪本身传感器的性能，还受到环境噪声条件、水下目标特性、搭载平台运动特性等因素的影响。因此，不能以简单的定距准则作为实际的探测宽度，需要综合各个因素建立符合实际的计算模型才能得到准确的探测宽度的估计。综上，在实际环境条件下，现有方法往往只能粗略的估算磁探仪的探测宽度，与真实的磁探仪探测宽度有较大差距，特别是经典探测宽度预报模型不能分析水下目标磁特性的变化、环境磁噪声变化以及平台特性等因素对磁探仪探测宽度的影响。基于以上问题，综合考虑搭载平台、探测系统、环境、水下目标等方面的特性，建立可靠的磁探测宽度预报模型，分析不同因素对磁探仪探测宽度影响的需求非常迫切。
技术实现思路
为了克服现有方法因没有考虑水下目标磁特性的变化、环境磁噪声变化以及搭载平台特性等因素对磁探仪探测宽度的影响，从而导致获得的磁探仪探测宽度值与磁探仪真实探测宽度差距较大的问题，本专利技术借鉴搜索论中搜索器材扫描宽度的定义，引入概率分布的思想，提出基于水下目标信噪比检测依据的航空磁探测探测宽度计算模型以及求解方法，准确反映了各个影响因素变化对探测性能的影响，使得磁探仪探测宽度结果准确性显著提升。本专利技术的技术解决方案是提供一种基于检测依据的磁探仪探测宽度预报模型，其特殊之处在于：式中Wmad为磁探仪的探测宽度，L为水下目标横距，即磁探仪和水下目标在不同平面内各自直线运动后相遇于CPA点的横向距离(在水平面内的投影距离)；CPA点为磁探仪检测到水下目标信号强度最大的点；Pd(L)表示设定虚警概率条件下，磁探仪沿该水下目标横距对应的运动轨迹探测到水下目标的概率。本专利技术还提供一种基于检测依据的磁探仪探测宽度求解方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：步骤1：确定相关参数信息；步骤1.1：确定任务区域经纬度信息；步骤1.2：设定坐标系OXYZ，确定水下目标信息与搭载平台信息；水下目标信息包括水下目标磁特性参数与水下目标运动态势参数；其中水下目标磁特性参数包括水下目标吨位、水下目标材料特性信息、水下目标三轴方向的导磁系数与水下目标固定磁矩大小等；其中水下目标运动态势参数包括水下目标航向角、水下目标深度与水下目标航速等；搭载平台信息包括搭载平台运动态势参数；其中搭载平台运动态势参数包括搭载平台飞行航向、飞行高度及飞行速度等；步骤1.3：确定环境噪声方差根据环境噪声采样，利用噪声模型统计环境噪声等级得到环境噪声方差步骤2：根据步骤1.1确定的任务区域经纬度信息，结合国际地磁参考场IGRF计算模型计算地磁要素信息，其中地磁要素信息包括地磁场大小、磁偏角及磁倾角；步骤3：根据步骤2获得的地磁要素信息及步骤1确定的水下目标磁特性参数，结合水下目标磁矩计算模型，计算得到OXYZ坐标系下的水下目标磁场，即计算水下目标磁矩三分量；步骤4：设定搭载平台和水下目标直线运动相遇于CPA点(ClosestPointofApproach，即磁异常探测系统检测到水下目标信号强度最大的点)为水下目标与磁探仪航路最近距离点的横向距离L(横向距离即投影距离)；步骤5：根据水下目标固定磁矩、水下目标磁矩三分量、水下目标运动态势参数、搭载平台运动态势参数和设定的L值，结合式(2)即航空磁探潜信号模型，可得到CPA点采样信号Bi,i＝1,…,M，其中i为采样点序号，M为采样点数量；式中，μ0＝4π×10-7Η/m是常数，表示真空磁导率；p表示水下目标固定磁矩；fk(w)＝wk/(1+w2)2，Ak为相应系数，w＝s/R0，s为磁探仪初始位置与CPA点的直线距离；R0表示磁探仪搭载平台相对搜索航路移动与水下目标最近距离点，即CPA点与水下目标的空间直线距离(又称CPA距离)，关于R0与L的关系如下：式中h表示搭载平台的飞行高度；步骤6、根据步骤5中的采样信号计算检测模型B，用于与检测阈值进行比较，判断磁异常信号是否存在：步骤7、设定无磁异常信号时的虚警概率Pf，计算检测阈值B*。将噪声模型建模为高斯白噪声，当无磁异常信号存在时，服从M自由度的卡方分布，根据卡方分布累积分布函数，则有：式中，是M自由度卡方分布随机变量的累积分布函数，是高斯噪声方差。解方程(4)可计算得检测阈值B*。步骤8、根据步骤5的采样信号Bi,i＝1,…,M，步骤6的检测模型B，步骤7的检测阈值B*，判断当B≥B*时，表示水下目标磁异常信号存在，此时计算检测概率。在有磁异常信号存在的条件下，服从M自由度、非中心参数为的非中心卡方分布，根据式(4)解得的检测阈值B*，则可计算得到检测概率为：式中，为非中心分布的卡方分布累积分布函数；步骤9、重复步骤4至步骤8得到不同横距条件下的检测概率，结合探测宽度预报模型定义式(1)，可计算磁探仪探测宽度。进一步地，在步骤1.3中，磁探仪背景磁噪声为加性噪声，在完成搭载平台背景噪声补偿和海洋环境磁噪声等其它噪声处理之后，在搭载平台平稳飞行过程中，可以认为剩余噪声为高斯噪声，由于经过补偿过程去平均处理，因此环境磁噪声均值为0、方差噪声采样是相互独立的。在磁探测之前都会有一段适应性飞行，在适应性飞行过程中进行噪声采样并利用高斯白噪声模型统计噪声采样的均值和方差，作为计算模型的噪声输入。本专利技术的有益效果是：与现有技术只根据磁探仪设备技术参数或根据经典探测宽度预报模型得到探测宽度相比，本专利技术综合国际地磁参考场(IGRF)计算模型、水下目标磁矩计算模型、航空磁探潜信号模型、噪声模型和检测模型，基于概率分布的思想和水下目标信噪比检测依据，建立航空磁探潜探测宽度预报模型，可综合不同环境噪声条件、水下目标特性、平台运动特性等因素，计算不同横距条件下的检测概率，结果更具准确性、可靠性、客观性。附图说明图1为二维平面中磁探仪探测场景示意图；图2为磁探仪探测宽度求解框图；图3为磁探仪探测场景示意图；图4为搭载平台航向和水下目标航向变化时探测宽度；图5为不同磁噪声等级，不同水下目标航向下探测宽度。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于检测依据的磁探仪探测宽度预报模型，其特征在于：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于检测依据的磁探仪探测宽度预报模型，其特征在于：



式中Wmad为磁探仪的探测宽度，L为水下目标横距；Pd(L)表示设定虚警概率条件下，磁探仪沿该水下目标横距对应的运动轨迹探测到水下目标的概率。


2.一种基于检测依据的磁探仪探测宽度求解方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、确定相关参数信息；
步骤1.1、确定任务区域经纬度信息；
步骤1.2、设定坐标系OXYZ，确定水下目标信息与搭载平台信息；
水下目标信息包括水下目标磁特性参数与水下目标运动态势参数；其中水下目标磁特性参数包括水下目标吨位、水下目标材料特性信息、水下目标三轴方向的导磁系数与水下目标固定磁矩大小；其中水下目标运动态势参数包括水下目标航向角、水下目标深度与水下目标航速；
搭载平台信息包括搭载平台运动态势参数；其中搭载平台运动态势参数包括搭载平台飞行航向、飞行高度及飞行速度；
步骤1.3、确定环境噪声方差
根据环境噪声采样，利用噪声模型统计环境噪声等级得到环境噪声方差
步骤2、根据步骤1.1确定的任务区域经纬度信息，结合国际地磁参考场IGRF计算模型计算地磁要素信息，其中地磁要素信息包括地磁场大小、磁偏角及磁倾角；
步骤3、根据步骤2获得的地磁要素信息及步骤1确定的水下目标磁特性参数，结合水下目标磁矩计算模型，计算得到OXYZ坐标系下的水下目标磁场，即计算水下目标磁矩三分量；
步骤4、设定磁探仪和水下目标直线运动相遇于CPA点为水下目标与磁探仪航路最近距离点的横向距离L；CP...

【专利技术属性】
技术研发人员：王豪，
申请(专利权)人：北京军懋国兴科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11