一种分布式运动磁源定位系统技术方案

本发明专利技术提供了一种分布式运动磁源定位系统，包括数据采集节点模块、节点传输模块和处理模块，数据采集节点模块信号连接有节点传输模块，通过节点传输模块将数据采集节点模块采集到的信息通过无线通信传输到处理模块，处理模块包括节点位置信息处理模块、节点磁场信息处理模块和目标定位模块，通过处理模块完成采集到的数据的处理和目标定位作用。本发明专利技术利用微型姿态传感器对节点数据进行自主矫正，可以有效减弱平台摇摆影响；还可以利用GPS模块进行节点位置测量，减少节点人为移动造成的影响；测量节点个数可人为控制，组网形式多样可控，方便使用；还能利用飞蛾扑火优化算法提高定位速度，可以完成目标的秒级定位。可以完成目标的秒级定位。可以完成目标的秒级定位。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式运动磁源定位系统


[0001]本专利技术属于磁源定位系统
，具体涉及一种分布式运动磁源定位系统及定位方法。

技术介绍

[0002]由于所需磁测设备简单、体积小等优点，利用目标磁异常信号的定位方法受到广泛关注。通过建立被测目标的磁场辐射模型，然后利用优化算法对未知参数做估计就能较精确估计出目标的位置。
[0003]但由于传统LM方法对初值有一定要求：当初值较差时，该方法会出现迭代发散或者假解现象。同时，环境和平台对结果的干扰影响大：如果平台摇摆就会使得背景噪声增长从而造成定位效果恶化。利用现存系统对目标定位时，需要保持各节点传感器状态的一致性，否则不能完成定位，这就对定位系统的使用造成了一定的不便。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种分布式运动磁源定位系统及定位方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种分布式运动磁源定位系统，包括数据采集节点模块、节点传输模块和处理模块；
[0006]所述数据采集节点模块包括微型磁传感器、姿态传感器和GPS模块，所述微型磁传感器用于采集环境磁场信息，所述姿态传感器用于采集数据采集节点模块的姿态信息，所述GPS模块用于采集节点位置信息；
[0007]所述数据采集节点模块信号连接有节点传输模块，通过节点传输模块将数据采集节点模块采集到的信息通过无线通信传输到处理模块，所述处理模块包括节点位置信息处理模块、节点磁场信息处理模块和目标定位模块，通过处理模块完成采集到的数据的处理和目标定位作用。
[0008]进一步的，所述节点位置信息处理模块具体为GPS模块采集到各节点的位置信息后，选取其中一个节点作为局部坐标系坐标原点，建立地理坐标系ox
g
y
g
z
g
：x
g
轴沿当地纬线指东；y
g
轴沿当地子午线指北；z
g
轴沿当地地理垂线指上并与x
g
、y
g
轴构成右手直角坐标系，其余节点坐标位置根据经纬度信息换算；
[0009]假设以节点1为坐标原点，其GPS数据为(lon0，lat0)，节点i(loni，lati)坐标为：
[0010]x
i
≈R(lon
i
‑
lon0)
[0011]y
i
≈R(lat
i
‑
lat0)
[0012]其中，R为地球平均半径6371km。
[0013]进一步的，所述节点磁场信息处理模块处理包括节点磁场数据校准处理和节点采集到的目标磁异常信号提取处理；
[0014]所述节点磁场数据校准处理包括以下步骤：
[0015]S101、获取节点系统中微型磁传感器采集到的磁场数据B
s
；
[0016]S102、获取节点系统中的姿态传感器输出信息：α航向角、β俯仰角、γ横滚角；
[0017]S103、计算获得该节点姿态转换矩阵：
[0018][0019]S104、计算地理坐标系下磁场数据
[0020]进一步的，所述节点采集到的目标磁异常信号提取处理是在测量过程中默认节点处地磁场没有变化，通过对节点所在位置磁场测量后取平均值，获得节点所在位置背景场B
geo
，节点采集到的磁异常数据为
[0021]H＝B
‑
B
geo
。
[0022]进一步的，所述目标定位模块是用下式进行优化处理：
[0023][0024]式中：F是磁源目标与节点位置的关系矩阵，大小为3N
×
3；
[0025]M为磁源参数(m
x
，m
y
，m
z
)
’
，为一3
×
1的向量；
[0026]H为各节点同步采集到的磁场数据H
i
＝(H
ix
，H
iy
，H
iz
)
’
集合，为一3N
×
1的向量；
[0027]目标函数E是磁源位置参数(x，y，z)的非线性函数，采用飞蛾扑火算法进行优化计算。
[0028]进一步的，在飞蛾扑火算法中，将待优化变量作为飞蛾在空间中的位置，通过改变飞蛾的位置向量，在多维空间中不断迭代寻优进而得到符合要求的全局最优解，一只飞蛾是问题的一个解，而光源是问题的一个较优解，每一只飞蛾对应一个光源以避免了算法陷入局部最优，只需在变量分布的区间随机产生一个初值，算法即可快速收敛到目标函数最优解所在的局部区域并快速找到局部最优解。
[0029]进一步的，飞蛾扑火算法具体如下：
[0030]将参数初始化：飞蛾个数n＝100，迭代最大次数T＝500，变量上限ub＝(x
u
，y
u
，z
u
，m
xu
，m
yu
，m
zu
)，变量下限lb＝((x
l
，y
l
，z
l
，m
xl
，m
yl
，m
zl
)，公差ε；
[0031]S201、计算随机散布的n个飞蛾的位置；
[0032]M(i，j)＝(ub(i)
‑
lb(i))*rand()+lb(i)；，开始迭代；
[0033]S202、根据当前迭代次数1计算火焰数量
[0034]S203、将越界飞蛾的位置重置为空间边界值；
[0035]S204、利用目标函数E＝(FM
‑
H)
T
(FM
‑
H)，计算所有飞蛾的性能值OM；
[0036]S205、火焰位置F选择：初次迭代时，根据性能值OM从优到劣排列飞蛾M赋给火焰F；其余迭代时，将火焰位置和上一次迭代的飞蛾位置根据性能值OM从优到劣排列，选取前fn个解作为新的火焰位置F取最优解作为最优火焰F*；
[0037]S206、更新螺旋飞行路径参数r值和b值b＝r+(1
‑
r)*rand()；
[0038]S207、更新飞蛾位置M：
[0039]计算飞蛾和火焰距离D＝|F
j
‑
Ｍ
i
|；
[0040]更新飞蛾位置M(i，j)＝D
i
e
bt
cos(2πt)+F
j
；
[0041]当第i个飞蛾追逐第i个火焰，当i＞fn时，飞蛾追逐第fh个火焰；循环迭代；
[0042]S208、判断迭代是否结束：迭代次数是否达到最大迭代次数T或者E＜ε；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式运动磁源定位系统，其特征在于，包括数据采集节点模块(1)、节点传输模块(2)和处理模块(3)；所述数据采集节点模块(1)包括微型磁传感器(11)、姿态传感器(12)和GPS模块(13)，所述微型磁传感器(11)用于采集环境磁场信息，所述姿态传感器(12)用于采集数据采集节点模块(1)的姿态信息，所述GPS模块(13)用于采集节点位置信息；所述数据采集节点模块(1)信号连接有节点传输模块(2)，通过节点传输模块(2)将数据采集节点模块(1)采集到的信息通过无线通信传输到处理模块(3)，所述处理模块(3)包括节点位置信息处理模块(31)、节点磁场信息处理模块(32)和目标定位模块(33)，通过处理模块(3)完成采集到的数据的处理和目标定位作用。2.根据权利要求1所述的一种分布式运动磁源定位系统，其特征在于，所述节点位置信息处理模块(31)具体为GPS模块(13)采集到各节点的位置信息后，选取其中一个节点作为局部坐标系坐标原点，建立地理坐标系ox
g
y
g
z
g
：x
g
轴沿当地纬线指东；y
g
轴沿当地子午线指北；z
g
轴沿当地地理垂线指上并与x
g
、y
g
轴构成右手直角坐标系，其余节点坐标位置根据经纬度信息换算；假设以节点1为坐标原点，其GPS数据为(lon0，lat0)，节点i(loni，lati)坐标为：x
i
≈R(lon
i
‑
lon0)y
i
≈R(lat
i
‑
lat0)其中，R为地球平均半径6371km。3.根据权利要求1所述的一种分布式运动磁源定位系统，其特征在于，所述节点磁场信息处理模块(32)处理包括节点磁场数据校准处理和节点采集到的目标磁异常信号提取处理；所述节点磁场数据校准处理包括以下步骤：S101、获取节点系统中微型磁传感器(11)采集到的磁场数据B
S
；S102、获取节点系统中的姿态传感器(12)输出信息：α航向角、β俯仰角、γ横滚角；S103、计算获得该节点姿态转换矩阵：S104、计算地理坐标系下磁场数据4.根据权利要求3所述的一种分布式运动磁源定位系统，其特征在于，所述节点采集到的目标磁异常信号提取处理是在测量过程中默认节点处地磁场没有变化，通过对节点所在位置磁场测量后取平均值，获得节点所在位置背景场B
geo
，节点采集到的磁异常数据为H＝B
‑
B
geo
。5.根据权利要求1所述的一种分布式运动磁源定位系统，其特征在于，所述目标定位模块(33)是用下式进行优化处理：
式中：F是磁源目标与节点位置的关系矩阵，大小为3N
×
3；M为磁源参数(m
x
，m...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨可，李斌，李昊，丁凯，陈连平，马艳，王士刚，王金洪，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九八三部队，
类型：发明
国别省市：