【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铁磁性目标的定位领域，具体为一种基于归一化磁源强度的磁目标定位方法。
技术介绍
1、铁磁性目标被地磁场磁化后产生感应磁场，该磁场叠加在地磁场上导致目标周围地磁分布异常。通过测量该磁异常场可以实现目标位置、磁矩等信息的反演。磁异常探测技术是一种优秀的无源被动探测技术，由于其全天候，低成本，隐蔽性等优势，被广泛应用于未爆弹探测、水下目标探测、矿物勘探、无损检测、生物医疗等军事和民用领域。磁异常探测技术经历了总磁场强度探测、磁场矢量和梯度探测、磁梯度张量探测三个阶段。与总磁场强度和磁场矢量相比，磁梯度张量能够克服地磁场影响、提供更丰富的目标磁场信息、分辨率更高。现有的nara法，特征向量法等磁梯度张量定位方法对搭载平台运动姿态要求较高，且存在易受背景磁场干扰，定位结果不唯一等问题。由磁梯度张量推导得到的张量不变量(如磁梯度张量的frobenius范数、特征值以及特征值的任意组合等)不随坐标系变化而变化，对高移动性磁传感平台具有独特的优势，目前已经成为国内外研究热点。现有技术中也存在一些采用张量不变量实现目标定位的方法。目前最受欢迎的基于张量不变量的定位方法，即star(scalar triangulation and ranging)法，由于采用的张量不变量对磁矩方向敏感，导致存在固有的非球面误差，定位精度受限。而其他一些改进方法虽然在一定程度上提高了目标定位精度，但牺牲了实时性，且容易受噪声干扰。因此，开发一种快速、高精度的磁目标定位方法对军事及民用领域都具有重要意义和价值。
技术实现思路<
1、本专利技术为了解决现有磁目标定位方法对搭载平台姿态要求较高，容易受背景磁场影响，定位结果不唯一，存在固有非球面误差，实时性差等问题，提供了一种基于归一化磁源强度的磁目标定位方法。
2、本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种基于归一化磁源强度的磁目标定位方法，包括如下步骤：
3、s1：当磁目标与观测点之间的距离大于目标最大尺寸的2.5倍时，磁目标可以被等效为一个磁偶极子。在磁异常探测技术的发展中，磁偶极子是一个重要的磁源等效模型。根据毕奥-萨法尔定律，磁偶极子在位置处产生的磁场矢量表示为：
4、
5、其中，为目标到观测点的相对位置矢量，为磁偶极子的磁矩矢量，μ0为真空磁导率；
6、磁场矢量的三个分量bx，by，bz沿三个相互正交的方向上的空间变化率定义为磁梯度张量，记为g，表达式为：
7、
8、根据麦克斯韦方程组，张量矩阵g对称且无迹，存在三个实特征值，特征值表达式为：
9、
10、其中，λmax≥λmed≥λmin，即磁目标磁矩矢量的大小，θ为相对位置矢量与磁矩矢量之间的夹角，定义归一化磁源强度，用特征值表示为：
11、
12、s2：采用八个三轴磁力仪组成立方结构测量阵列来获取目标磁场信息，如图2所示；以测量阵列中心为原点建立直角坐标系；测量阵列各个面上的四个三轴磁力仪均可组成一个张量磁梯度仪，由此得到测量阵列六个面上的磁梯度张量矩阵，进而获得六个面上的归一化磁源强度，记为μx+,μx-,μy+,μy-,μz+,μz-；
13、标量场中某一点的梯度指向标量场增长最快的方向，因此，观测点处归一化磁源强度的梯度的方向由观测点指向磁目标，因此，可以得到磁目标的单位方向向量
14、
15、式中dx、dy、dz分别表示立方体结构测量阵列在x、y、z方向上的基线距离；分别表示x,y,z轴的单位向量；根据位置关系和一阶麦克劳林公式得到：
16、
17、同理可得：
18、
19、其中，rz+，rz-分别为z轴正负方向上的张量磁梯度仪到目标的相对位置矢量的大小；r为目标位置矢量的大小；
20、结合公式(4)、(6)、(7)，可得：
21、
22、由式(8)推导得到r的计算公式，则磁目标的位置矢量计算如下：
23、
24、由式(9)我们可以发现，此时包括两种情况，①μz+≠μz-，直接计算；②当μz+＝μz-时，公式奇异，此时μx+≠μx-或μy+≠μy-，则采用μx+,μx-或μy+,μy-来代替；
25、s3：为了提高该方法在实际应用中的抗干扰能力，补充利用测量阵列对称面上归一化磁源强度的比值等于位置参数比值的四次方的条件对步骤s2的线性定位结果进行优化，目标函数描述如下：
26、
27、其中μi+,μi-分别代表测量阵列在i轴正负方向上的归一化磁源强度；ri+,ri-分别表示测量阵列在i轴正、负方向上的张量磁梯度仪与目标之间的距离，由目标位置矢量计算得到，以等式(9)计算得到的作为初始值，结合拟牛顿优化算法，得到一个更精确的即获得磁目标位置矢量的唯一解。
28、综上，本专利技术所提出的一种基于归一化磁源强度的磁目标定位方法，该定位算法利用立方体结构传感器测量阵列获得归一化磁源强度，直接推导得到目标定位线性表达式，并根据归一化磁源强度与目标位置参数关系建立目标函数对线性定位结果进行优化。其实现步骤为：获取目标磁梯度张量信息；计算立方结构测量阵列六个面上的归一化磁源强度；计算归一化磁源强度梯度；利用等式(9)计算目标初始位置矢量；根据目标函数对结果进行非线性优化。
29、与现有技术相比本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所提供的一种基于归一化磁源强度的磁目标定位方法：
30、①首次利用归一化磁源强度直接推导得到线性定位表达式，而且采用线性定位与非线性优化方法相结合，提高了定位精度的同时增加了线性定位方法的抗干扰性。
31、②首次利用立方体结构测量阵列获得归一化磁源强度，直接推导得到定位解析解。利用归一化磁源强度与目标位置参数之间的关系建立目标函数，结合优化算法对定位结果做进一步修正。
32、③本专利技术通过简单的算法实现了较高的定位精度，求解速度快，可实施性高，可应用于静磁场目标以及移动载体。
33、④本专利技术与传统磁梯度张量定位算法相比，无需测量磁场矢量分量，有效避免了地磁场干扰，且不受传感器平台姿态变化的影响，能够实现目标位置的唯一求解。
34、⑤本专利技术与基于张量不变量的定位算法相比，不存在固有误差，求解过程更简单，求解速度更快，准确性更高，解决了当前基于张量不变量的定位算法定位精度低，实时性差，抗干扰能力差的技术难题。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于归一化磁源强度的磁目标定位方法，其特征在于：包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于归一化磁源强度的磁目标定...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。