一种基于十字交叉航线对运动磁性目标的估计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于十字交叉航线对运动磁性目标的估计方法及系统，包括：将飞行器在第一航线上捕捉的运动磁性目标的第一磁场测量信号，作为目标磁异常信号；获取垂直于第一航线的第二航线，在捕捉到目标磁异常信号后，获取运动磁性目标在第二航线的第二磁场测量信号；基于第一磁场测量信号和第二磁场测量信号，通过获取飞行器与运动磁性目标的相对位置关系，根据自适应权重粒子群算法和Levenberg

【技术实现步骤摘要】
一种基于十字交叉航线对运动磁性目标的估计方法及系统


[0001]本专利技术涉及磁性目标检测及定位领域，具体而言，涉及一种基于十字交叉航线对运动磁性目标的估计方法及系统。

技术介绍

[0002]舰船等铁磁性目标在地磁场的作用下不可避免的会发生磁化，磁化后的舰船目标进而会影响原地磁场的分布从而产生磁异常，通过对目标磁异常的测量便可实现对目标的探测，对探测到的目标磁异常信号进一步进行参数反演，可以得到磁性目标的磁矩以及运动参数，对后续的磁性目标跟踪及识别具有重要的意义。
[0003]目前关于磁性目标的定位，国内外相关的研究机构做了大量的研究工作，根据测量方式的不同，目标定位方法可以分为基于总场、总场梯度、三分量场、磁梯度张量场的目标定位。磁梯度张量场测量获得目标的信息最多，因此是最易对磁性目标进行定位的一种方式，多名学者对基于磁梯度张量的目标定位方法进行了研究，提出了多种利用磁梯度张量九个分量、不变量以及磁场三分量对目标定位的方法。与此同时，基于磁场矢量场的定位方法也得到了广泛的研究，利用磁通门等矢量磁力仪可以测量得到目标的三分量场，通过构造目标函数，便可以实现对目标相关位置参数的估计，然而三分量场存在着受载体姿态影响较大且较难从地磁异常中分离出目标三分量磁场的缺点。综上所述，基于三分量场和磁梯度张量场的目标定位方法可以实现对目标的准确定位，但是上述方法受载体平台姿态的影响较大。标量场测量因其具有不受载体平台姿态变化的特点而广泛应用到航空磁探测、水下平台磁探测等移动平台的测量中，标量磁力仪测量的是目标磁场在地磁场上的投影，信息量相对较少，因此单条航线较难实现对目标的精确定位。前人通过研究发现利用单个运动标量磁力仪对静止目标进行定位时容易产生虚假解，因此，急需一种基于十字交叉航线对运动磁性目标的估计方法及系统，进而解决上述问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于十字交叉航线对运动磁性目标的估计方法及系统，根据采集的目标磁异常信号以及与原航线垂直的目标磁场信号，通过自适应权重粒子群和Levenberg
‑
Marquardt(LM)结合的混合算法实现对运动磁性目标磁矩及相关运动参数的估计。
[0005]为了实现上述技术目的，本申请提供了一种基于十字交叉航线对运动磁性目标的估计方法，包括以下步骤：
[0006]将飞行器在第一航线上捕捉的运动磁性目标的第一磁场测量信号，作为目标磁异常信号；
[0007]获取垂直于第一航线的第二航线，在捕捉到目标磁异常信号后，获取运动磁性目标在第二航线的第二磁场测量信号；
[0008]基于第一磁场测量信号和第二磁场测量信号，通过获取飞行器与运动磁性目标的
相对位置关系，根据自适应权重粒子群算法和Levenberg
‑
Marquardt算法结合的混合算法，估计运动磁性目标的磁矩及相关运动参数。
[0009]优选地，在根据相对位置关系对运动磁性目标进行估计的过程中，根据相对位置关系，构建包含运动磁性目标距离飞行器的标量磁力仪的水平投影距离值R、航向θ
tar
、航速v
tar
、航深d
tar
、X轴磁矩m
x
、Y轴磁矩m
y
、Z轴磁矩m
z
的优化模型；
[0010]将第一磁场测量信号和第二磁场测量信号，作为优化模型的输入，通过结合算法，对运动磁性目标的参数进行估计。
[0011]优选地，在获取第一磁场测量信号和第二磁场测量信号的过程中，通过正交基检测中的三个正交基与噪声不相关的特性，对第一磁场测量信号和第二磁场测量信号进行降噪处理后，输入到优化模型中。
[0012]优选地，在对第一磁场测量信号和第二磁场测量信号进行降噪处理的过程中，当标量磁力仪距离运动磁性目标的距离大于2.5倍的特征长度时，利用磁偶极子模型对运动磁性目标进行表示，获取标量磁力仪沿着运动轨迹采集到磁场信号的基函数，进行Gram
‑
Schmidt正交化得到三个相互独立的正交基，根据正交基与噪声不相关的特性，对第一磁场测量信号和第二磁场测量信号进行降噪处理。
[0013]优选地，在利用磁偶极子模型对运动磁性目标进行表示的过程中，表示为：
[0014][0015]其中，B表示磁偶极子磁场，μ0为真空中的磁导率，m为运动磁性目标的磁矩，r为运动磁性目标指向磁力仪的距离矢量。
[0016]优选地，在获取相对位置关系的过程中，根据运动磁性目标与磁力仪之间的几何关系，建立空间坐标系；
[0017]以正北为X轴，正东向为Y轴，垂直向下为Z轴，将飞行器在第一航线时的捕捉到运动磁性目标时的飞行器的坐标设置为坐标原点；
[0018]将目标磁矩，分解为沿坐标轴三个方向上的第一分量，通过获取地磁场在坐标轴方向上的三个第二分量，基于磁力仪与运动磁性目标的相对位置关系，获取运动磁性目标在磁力仪处产生的磁场三分量，将磁场三分量投影到地磁场上，获得测量磁异常信号的模型；
[0019]基于磁场三分量，获取磁力仪与运动磁性目标的相对位置关系。
[0020]优选地，在通过结合算法对运动磁性目标进行估算的过程中，通过适应度函数来描述粒子的适应度值，获取所有粒子的平均适应度值；
[0021]基于平均适应度值，根据用于表示粒子群算法在搜索空间中的跳跃搜索能力的惯性权重进行自适应调整，构建自适应权重粒子群算法。
[0022]优选地，在对惯性权重进行自适应调整的过程中，当粒子的适应度值小于平均适应度值时，依据适应度值与最小适应度值之间的差值来调整惯性权重，当粒子的适应度值大于平均适应度值时，将惯性权重设置为最大值，用于将增大粒子的跳跃能力，其中，自适应权重粒子群算法还用于对粒子群中所有粒子的个体最优进行平均共享，用于使得自适应权重粒子群算法的计算结果具有全局最优的特性。
[0023]优选地，在通过结合算法对运动磁性目标进行估计的过程中，将通过自适应权重
粒子群算法得到的计算结果，作为Levenberg
‑
Marquardt算法的输入，将适应度函数作为Levenberg
‑
Marquardt算法的目标函数，通过引入迭代系数λ
k
，构建Levenberg
‑
Marquardt算法的迭代公式，其中，当λ
k
较小时，Levenberg
‑
Marquardt算法类似于高斯牛顿法，当λ
k
较大时，Levenberg
‑
Marquardt算法类似于梯度下降法。
[0024]本专利技术公开了一种基于十字交叉航线对运动磁性目标的估计系统，包括：
[0025]信号采集模块，用于将飞行器在第一航线上捕捉的运动磁性目标的第一磁场测量信号，作为目标磁异常信号，并进行捕捉；采集完成第一磁场测量信号后，飞行器转入垂直于第一航线的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于十字交叉航线对运动磁性目标的估计方法，其特征在于，包括以下步骤：将飞行器在第一航线上捕捉的运动磁性目标的第一磁场测量信号，作为目标磁异常信号；获取垂直于所述第一航线的第二航线，在捕捉到所述目标磁异常信号后，获取所述运动磁性目标在所述第二航线的第二磁场测量信号；基于所述第一磁场测量信号和所述第二磁场测量信号，通过获取所述飞行器与所述运动磁性目标的相对位置关系，根据自适应权重粒子群算法和Levenberg
‑
Marquardt算法结合的混合算法，估计所述运动磁性目标的磁矩及相关运动参数。2.根据权利要求1所述一种基于十字交叉航线对运动磁性目标的估计方法，其特征在于：在根据相对位置关系对运动磁性目标进行估计的过程中，根据所述相对位置关系，构建包含所述运动磁性目标距离所述飞行器的标量磁力仪的水平投影距离值R、航向θ
tar
、航速v
tar
、航深d
tar
、X轴磁矩m
x
、Y轴磁矩m
y
、Z轴磁矩m
z
的优化模型；将所述第一磁场测量信号和所述第二磁场测量信号，作为所述优化模型的输入，通过所述结合算法，对所述运动磁性目标的参数进行估计。3.根据权利要求2所述一种基于十字交叉航线对运动磁性目标的估计方法，其特征在于：在获取第一磁场测量信号和第二磁场测量信号的过程中，通过正交基检测中的三个正交基与噪声不相关的特性，对所述第一磁场测量信号和所述第二磁场测量信号进行降噪处理后，输入到所述优化模型中。4.根据权利要求3所述一种基于十字交叉航线对运动磁性目标的估计方法，其特征在于：在对第一磁场测量信号和第二磁场测量信号进行降噪处理的过程中，当所述标量磁力仪距离所述运动磁性目标的距离大于2.5倍的特征长度时，利用磁偶极子模型对所述运动磁性目标进行表示，获取所述标量磁力仪沿着运动轨迹采集到磁场信号的基函数，进行Gram
‑
Schmidt正交化得到三个相互独立的所述正交基，根据所述正交基与噪声不相关的特性，对所述第一磁场测量信号和所述第二磁场测量信号进行降噪处理。5.根据权利要求4所述一种基于十字交叉航线对运动磁性目标的估计方法，其特征在于：在利用磁偶极子模型对运动磁性目标进行表示的过程中，所述表示为：其中，B表示磁偶极子磁场，μ0为真空中的磁导率，m为运动磁性目标的磁矩，r为运动磁性目标指向磁力仪的距离矢量。6.根据权利要求5所述一种基于十字交叉航线对运动磁性目标的估计方法，其特征在于：在获取相对位置关系的过程中，根据所述运动磁性目标与所述磁力仪之间的几何关系，建立空间坐标系；以正北为X轴，正东向为Y轴，垂直向下为Z轴，将所述飞行器在所述第一航线时的捕捉
到所述运动磁性目标时的飞行器的坐标设置为坐标原点；将所述目标磁矩，分解为沿坐标轴三个方向上的第一分量，通过获取地磁场在坐标轴方向上的三个第二分量，基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟铖，王丹，于振涛，陶荣华，陈捷，余路，秦锋，许素芹，程普，李健伟，李婷婷，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军潜艇学院，
类型：发明
国别省市：