一种远距离磁目标的定位及其设计方法技术

技术编号:39652135 阅读:12 留言:0更新日期:2023-12-09 11:20
本发明专利技术公开了一种远距离磁目标的定位及其设计方法,属于基于磁场的目标定位技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种远距离磁目标的定位及其设计方法


[0001]本专利技术涉及一种远距离磁目标的定位及其设计方法,属于基于磁场的目标定位



技术介绍

[0002]磁目标定位技术是一项基于磁场的目标定位技术,是一种非接触式的被动探测方法,理论上可以感知地球上任何铁磁性物质的存在

与其他探测方法相比,磁异常探测基本不受天气等自然因素的影响,而且水
(
海洋

河流

湖泊等
)
,空气,人体,以及大部分的土壤岩石等对磁场没有屏蔽作用,同时还具有识别能力强

运行时间短

定位精度高和成本低等优点,因此磁目标定位技术在水下探测

生物医疗

考古发掘以及矿物勘探等领域有着广泛的应用价值

[0003]实现远距离的磁目标定位可以有效地提升探测效率,进而使磁目标定位技术更好地应用于各个领域

用于探测远距离磁目标的磁目标定位技术主要有标量磁目标定位技术和张量磁目标定位技术,但这两种方法均存在不同程度的缺点:
[0004]1、
因无法准确获得地磁倾角和偏角,标量磁目标定位技术的定位精度有限
[0005]在已知地磁倾角和地磁偏角的情况下,利用地磁场标量梯度基本为零的特点,通过标量磁传感器阵列构建非线性方程组,标量磁目标定位精度可得到磁目标位置坐标

地磁倾角和地磁偏角需要通过地磁场模型计算得到或者通过地磁台站测量得到

但是,时变地磁场的波动在静磁日为几十
nT
,在暴磁日达到几百
nT
,无法准确地得到地磁倾角和地磁偏角

并且,目前全球地磁站台数量仅有
170
多个,将限制技术的使用地域

因此,用于探测远距离磁目标时,标量磁目标定位技术的使用场合受限,定位精度也不足

[0006]2、
张量磁目标定位技术尚未实现远距离的磁目标定位

[0007]磁梯度张量是磁场矢量在空间三个方向上的梯度,基于磁梯度张量的磁目标定位技术称为张量磁目标技术

由于地磁场的梯度基本为零,因此张量磁定位技术可不受地磁场和地磁场波动的影响

此外,磁梯度张量具有更丰富的磁场信息和更高的空间分辨率,相比标量磁目标定位技术,张量磁目标定位技术的定位精度更高

探测速度更快

但因为磁梯度张量比磁场标量衰减更快,张量磁目标定位技术的定位距离普遍较小

测量磁梯度张量的仪器称为张量梯度仪,梯度仪中相邻传感器之间的距离定义为基线距离

当相对定位误差
(100

×
定位误差
/
定位距离
)
恰好等于5%时,将此时的定位距离称为磁目标定位技术的最大定位距离

张量磁目标定位技术的最大定位距离随基线距离的变化规律如图1所示

可以看出,基线距离越大,定位距离越远,即要实现远距离的磁目标定位,必须增大基线距离

但是,对于大体积的磁探测系统,现有技术难以准确

实时地剥离搭载平台在磁探测系统处产生的硬磁

软磁干扰

因此,现有张量磁目标定位技术尚未实现远距离的磁目标定位


技术实现思路

[0008]本专利技术提出了一种远距离磁目标的定位及其设计方法,利用短基线磁探测系统实时剥离平台磁干扰,利用长基线磁探测系统实现远距离磁目标定位,解决了现有技术中张量磁定位技术需要借助长基线距离的磁探测系统才能实现远距离磁目标定位,但对于大体积的磁探测系统,现有技术难以准确

实时地剥离搭载平台在磁探测系统处产生的硬磁

软磁干扰的问题

[0009]一种远距离磁目标的定位及其设计方法,所述复合式磁目标定位系统的设计方法包括以下步骤:
[0010]S100、
利用短基线磁探测系统来反演磁干扰源的位置坐标和磁矩,然后利用反演结果实时剥离磁干扰源在长基线磁探测系统处产生的干扰磁场,最后利用长基线磁探测系统实现远距离的磁目标定位,得到磁目标的磁矩向量
m2;
[0011]S200、
根据实际工况和探测需求,结合所述磁矩向量
m2,提出磁探测系统各个参数的设计方法

[0012]进一步的,在
S100
中,具体包括以下步骤:
[0013]S110、
利用短基线磁探测系统反演磁干扰源的位置坐标和磁矩:
[0014]利用短基线磁探测系统测量磁梯度张量
G1,利用张量磁定位方法的定位公式和测量到的
G1计算磁干扰源的位置向量
r1=
[x1,y1,z1]T

r1是位置向量
r1的模值,计算出磁干扰源的位置向量后,根据式
(1)
计算磁矩向量
m1,
[0015]m1=
(A
T
·
A)
‑1A
T
·
G1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0016]式中:
[0017][0018]S120、
计算磁干扰源在长基线磁探测系统处产生的磁场,当探测距离大于磁目标自身尺寸的3倍时,磁目标被视作磁偶极子,将
S110
计算得到的位置向量
r1和磁矩向量
m1代入磁偶极子模型式
(2)
,计算出搭载平台磁干扰源在长基线磁探测系统处产生的反演磁场
B
I

[0019][0020]式中真空磁导率
μ0=4π
×
10
‑7T
·
m/A

p1为长基线磁探测系统处磁传感器的位置坐标;
[0021]S130、
剥离磁干扰源产生的磁场,计算磁目标的位置向量和磁矩向量,长基线磁探测系统测量到的是磁干扰源和磁目标产生的叠加磁场
B
S
,叠加磁场
B
S
减去反演磁场
B
I
,完成对磁干扰源的补偿,进而得到磁目标产生的目标磁场
B
T
,利用目标磁场
B
T
得到长基线距离所测量的磁目标产生的磁梯度张量
G2,利用磁梯度张量
G2和张量磁定位技术的定位公式计算磁目标的位置向量
r2,将
G2和
r2代替公式
(1)
中的
G1和
r1,即计算出磁目标的磁本文档来自技高网
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种远距离磁目标的定位及其设计方法,其特征在于,所述复合式磁目标定位系统的设计方法包括以下步骤:
S100、
利用短基线磁探测系统来反演磁干扰源的位置坐标和磁矩,然后利用反演结果实时剥离磁干扰源在长基线磁探测系统处产生的干扰磁场,最后利用长基线磁探测系统实现远距离的磁目标定位,得到磁目标的磁矩向量
m2;
S200、
根据实际工况和探测需求,结合所述磁矩向量
m2,提出磁探测系统各个参数的设计方法
。2.
根据权利要求1的一种远距离磁目标的定位及其设计方法,其特征在于,在
S100
中,具体包括以下步骤:
S110、
利用短基线磁探测系统反演磁干扰源的位置坐标和磁矩:利用短基线磁探测系统测量磁梯度张量
G1,利用张量磁定位方法的定位公式和测量到的
G1计算磁干扰源的位置向量
r1=
[x1,y1,z1]
T

r1是位置向量
r1的模值,计算出磁干扰源的位置向量后,根据式
(1)
计算磁矩向量
m1,
m1=
(A
T
·
A)
‑1A
T
·
G1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
式中:
S120、
计算磁干扰源在长基线磁探测系统处产生的磁场,当探测距离大于磁目标自身尺寸的3倍时,磁目标被视作磁偶极子,将
S110
计算得到的位置向量
r1和磁矩向量
m1代入磁偶极子模型式
(2)
,计算出搭载平台磁干扰源在长基线磁探测系统处产生的反演磁场
B
I
,式中真空磁导率
μ0=4π
×
10
‑7T
·
m/A

p1为长基线磁探测系统处磁传感器的位置坐标;
S130、
剥离磁干扰源产生的磁场,计...

【专利技术属性】
技术研发人员:潘东华林生鑫王一丁陈奕陶李立毅
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学
类型:发明
国别省市:

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