一种基于感应电动势的运动磁性目标响应计算和追踪方法技术

本发明专利技术提供一种基于感应电动势的运动磁性目标响应计算和追踪方法，方法通过构建由至少由三个三分量磁感应线圈组成的传感器阵列，利用由磁性目标运动引起传感器中感生的感应电动势，首先通过求解最小二乘问题获得运动磁性目标体的位置矢量，再基于获得的位置矢量，利用多项式拟合获得稳定的速度矢量，最后利用位置矢量和速度矢量计算磁矩矢量。本发明专利技术采用的数据为三分量磁感应线圈的感应电动势，该数据幅值与磁性目标体的运动速度成正比，较于传统的磁感应强度数据，其本身携带运动目标的速度信息，更有利于获取准确的速度信息和位置信息。本发明专利技术为运动目标的探测和追踪提供了一种新的思路，该方法对速度的敏感性更强。该方法对速度的敏感性更强。该方法对速度的敏感性更强。

【技术实现步骤摘要】
…ꢀ
d
N
]为观测数据矢量，N为观测数的个数；
[0011]S3、通过求解最小二乘问题获取磁性运动目标的位置矢量；
[0012]S4、基于获得的位置信息计算目标的速度矢量；
[0013]S5、基于获得的位置信息和速度信息计算磁性目标体的磁矩矢量。
[0014]2.如权利要求1所述的基于感应电动势的运动磁性目标响应计算和追踪方法，其特征在于，S1中所述的传感器阵列至少由3个三分量磁感应线圈传感器组成。
[0015]3.如权利要求1所述的基于感应电动势的运动磁性目标响应计算和追踪方法，其特征在于，S2中所述的感应电动势正演的计算方法为
[0016][0017]其中，ε为感应电动势，μ
app
为感应线圈核心材料的相对磁导率，S
n
感应线圈的垂直截面积，B为平行于感应线圈的磁感应强度，t为时间，为磁性目标运动引起在传感器所在位置的磁感应强度关于时间的偏导数，在三个正交方向上的分量可表示为
[0018][0019]其中，[v
x
，v
y
，v
z
]分别为磁性目标在三个正交方向上的运动速度，为系数矩阵，其各元素有以下形式
[0020][0021]其中，B
yx
＝B
xy
，B
zx
＝B
xz
，以及b为系数，具体为
[0022]b
11
＝9xR2‑
15x3；b
12
＝3yR2‑
15x2y；b
13
＝3zR2‑
15x2z；
[0023]b
22
＝3xR2‑
15xy2；b
23
＝
‑
15xyz；b
33
＝3xR2‑
15xz2；
[0024]b
42
＝9yR2‑
15y3；b
43
＝3zR2‑
15y2z；b
53
＝3yR2‑
15yz2；
[0025]b
21
＝b
12
；b
31
＝b
13
；b
32
＝b
51
＝b
23
；b
41
＝b
22
；b
52
＝b
43
.
[0026]上式中，[x，y，z]为目标和传感器之间的位置矢量，R为位置矢量[x，y，z]的模，[m
x
，m
y
，m
z
]为运动磁性目标的磁矩矢量。
[0027]4.如权利要求1所述的基于感应电动势的运动磁性目标响应计算和追踪方法，其
特征在于，S4中所述的基于获得的位置矢量计算目标速度矢量方法，采用多项式拟合不同时刻的速度矢量以减小因不同时刻位置突变引起的速度异常。
[0028]5.如权利要求1所述的基于感应电动势的运动磁性目标响应计算和追踪方法，其特征在于，S5中所述的基于获得的位置信息和速度信息计算磁性目标体的磁矩矢量，计算方法如下
[0029][0030]其中，为磁性目标运动引起在传感器所在位置的磁感应强度关于时间的偏导数，为系数矩阵，且有C
xy
＝C
yx
和
[0031][0032]较现有技术相比，本专利技术一些实施例中，提供的方法的有益效果在于：
[0033]本专利技术主要针对运动磁性目标的远距离探测和追踪问题，提出了一种基于感应电动势的运动磁性目标响应计算和追踪方法。该方法通过构建至少由三个三分量磁感应线圈组成的传感器阵列，利用由磁性目标运动引起传感器中感生的感应电动势；通过求解最小二乘问题获得运动磁性目标体的位置矢量，再基于获得的位置矢量，利用多项式拟合获得稳定的速度矢量，最后利用位置矢量和速度矢量计算磁矩矢量。
[0034]本专利技术采用的数据为三分量磁感应线圈的感应电动势，该数据幅值与磁性目标体的运动速度成正比，相比于传统的磁感应强度数据，其本身携带运动目标的速度信息，更有利于获取准确的运动磁性目标的速度信息和位置信息。本专利技术为运动目标的探测和追踪提供了一种新的思路，该方法对速度的敏感性更强，更有益于获取准确的速度信息，具有实际的应用价值。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些
附图获得其他的附图。
[0036]图1为本专利技术方法的程序流程框图；
[0037]图2为磁感应线圈阵列和磁性目标运动状态示意图；
[0038]图3为估计的磁性目标运动轨迹与真实轨迹对比图；
[0039]图4为估计的磁性目标运动速度与真实速度的绝对误差图；
[0040]图5为估计的磁性目标磁矩与真实磁矩的绝对误差图。
具体实施方式
[0041]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0042]本专利技术提供一种基于感应电动势的运动磁性目标响应计算和追踪方法，具体计算流程图参见图1。具体包括：
[0043]S1、读取参与反演的传感器阵列感应电动势数据，由于反演的模型参数为9个，而一个传感器一个时刻仅能够提供3个数据，因此传感器阵列至少由3个三分量磁感应线圈传感器组成，使得数据量大于位置参数的个数。设置反演执行参数并设计反演初始模型，执行参数包括最大反演迭代次数、迭代步长、收敛误差精度等。
[0044]S2、构建运动磁性目标追踪目标函数φ，并有以下形式
[0045][0046]其中，p为模型参数，其包括磁性目标体的位置矢量[x，y，z]，速度矢量[v
x
，v
y
，v
z
]和磁矩矢量[m
x
，m
y
，m
z
]，F(p)为感应电动势正演算子，σ
i
为第i个数据的标准差，d＝[d
1 d2ꢀ…ꢀ
d
N
]为观测数据矢量，N为观测数的个数。
[0047]感应电动势正演算子F(p)的目的为计算当前反演模型的感应电动势，其计算方法为
[0048][0049]其中，ε为感应电动势，μ
app
为感应线圈核心材料的相对磁导率，S
n
感应线圈的垂直截面积，B为平行于感应线圈的磁感应强度，t为时间，为磁性目标运动引起在传感器所在位置的磁感应强度关于时间的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于感应电动势的运动磁性目标响应计算和追踪方法，其特征在于，具体包括：S1、读取参与反演的传感器阵列感应电动势数据，设置反演执行参数并设计反演初始模型；S2、构建运动磁性目标追踪目标函数φ，并有以下形式其中，p为模型参数，其包括磁性目标体的位置矢量[x,y,z]，速度矢量[v
x
,v
y
,v
z
]和磁矩矢量[m
x
,m
y
,m
z
]，F(p)为感应电动势正演算子，σ
i
为第i个数据的标准差，d＝[d1d2…
d
N
]为观测数据矢量，N为观测数的个数；S3、通过求解最小二乘问题获取磁性运动目标的位置矢量；S4、基于获得的位置信息计算目标的速度矢量；S5、基于获得的位置信息和速度信息计算磁性目标体的磁矩矢量。2.如权利要求1所述的基于感应电动势的运动磁性目标响应计算和追踪方法，其特征在于，S1中所述的传感器阵列至少由3个三分量磁感应线圈传感器组成。3.如权利要求1所述的基于感应电动势的运动磁性目标响应计算和追踪方法，其特征在于，S2中所述的感应电动势正演的计算方法为其中，ε为感应电动势，μ
app
为感应线圈核心材料的相对磁导率，S
n
感应线圈的垂直截面积，B为平行于感应线圈的磁感应强度，t为时间，为磁性目标运动引起在传感器所在位置的磁感应强度关于时间的偏导数，在三个正交方向上的分量可表示为其中，[v
x
,v
y
,v
z
]分别为磁性目标在三个正交方向上的运动速度，为系数矩阵，其各元素有以下形式
其中，B
yx
＝B
xy
,B
zx
＝B
xx
，以及b为系数，具体为b
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗鸣，裴建新，王启，徐天，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：