磁单极子阵列总场异常反演建模

[目的]无人机搭载总场磁传感器检测舰船上方总场异常情况时,需要建立相应的总场异常反演模型,实现对舰船水下磁特征和空中远场磁特征的评估。[方法]根据舰船上方平面测量的总场异常数据,建立基于磁单极子阵列法的舰船磁场反演模型。根据舰船上方测量的总场异常,反演得到舰船的磁单极子阵列强度,从而实现舰船水上和水下三分量磁场特征的评估分析。在实验室条件下进行磁性船模验证实验,测量船模的上方和下方平面磁场,根据上方平面测量的总场异常进行反演建模分析。[结果]结果表明,采用船体分布的三维磁单极子阵列进行总场异常反演建模,可以实现舰船上方和下方磁场评估线上三分量磁场的高精度评估分析。[结论]该反演建模技术为无人机测量舰艇磁场的工程应用奠定了理论和技术基础,为舰船磁场检测分析提供一种新的选择。

水下磁传感器定位定姿数值验证实验研究

[目的]旨在构建一种水下磁传感器校准装置设计方案。该装置由电磁线圈和组合导航设备构成,能够搭载水上机动平台在水面航行,实现水下磁传感器位置和姿态的高精度校准。[方法]根据电磁线圈的姿态方位信息及其在水下磁传感器处产生磁场的测量值,采用非线性最优化算法计算水下磁传感器的位置和姿态,并建立全系统的数学模型进行数值验证实验,将电磁线圈的方位和姿态测量精度、磁传感器的噪声和测量误差以及地磁场干扰的影响纳入考虑。[结果]实验结果表明,磁传感器在水下30 m深度时,装置的定位误差均值不大于0.06 m,姿态误差均值不大于0.20°。磁传感器自身精度是影响校准精度的主要因素。[结论]校准装置能够同时实现水下磁传感器位置和姿态的高精度校准,具有较高应用价值,可广泛用于水下磁性目标探测、资源勘探、医学等领域,尤其适用于姿态发生偏移的水下磁传感器校准。

水下磁传感器校准装置场地试验样机研究与实验

为了实现水下磁传感器位置和姿态的高精度校准,解决原有技术未考虑姿态校准和校准算法依赖初始值设置的问题,设计并制作一种基于动态电磁线圈和差分进化算法的水下磁传感器校准装置场地试验样机,并进行数值仿真实验和场地验证实验。数值仿真实验表明,对7 m外的磁传感器进行校准时,定位误差不超过0.03 m,姿态误差不超过0.43°。场地验证实验表明,在地磁噪声干扰环境下对7 m外的磁传感器进行校准时,定位误差0.07 m,姿态误差1.37°。分别采用差分进化算法和Levenberg-Marquardt算法对磁传感器的位置和姿态进行最优化求解,发现在地磁噪声较大时,Levenberg-Marquardt算法容易受到初始值影响出现不收敛的情况,差分进化算法算法校准精度较高,且可避免繁琐的初始值选择过程。研究表明,所制作的水下磁传感器校准装置场地试验样机能够实现高精度的位置和姿态校准,具有较高的应用潜力。