基于张量不变量及避免椭圆误差的定位方法研究

针对目前广泛使用的基于磁梯度张量不变量的磁性目标定位方法未考虑椭圆系数的变化而导致定位精度降低这一问题,提出一种新的单位距离矢量求解方法和距离矢量模求解方法。通过分析磁性目标与测量系统之间的位置关系,构建新的单位距离矢量,并通过麦克劳林公式和磁梯度张量不变量分别构建新的存在一阶误差与二阶误差的距离矢量模,避免未考虑椭圆系数变化而导致定位精度降低。仿真试验验证了所提方法较以前方法定位精度有明显提升,存在一阶误差与二阶误差的距离矢量模对定位精度的影响基本相同。该方法对进行探潜和未爆炸物的检测等方面具有较高的研究和应用价值。

磁梯度张量不变量的椭圆误差消除方法研究

基于磁梯度张量不变量定位方法,可以实现对目标的单点实时定位,且定位目标不限于静止目标,这一方法目前得到了人们的广泛关注,但该方法由于存在着椭圆系数导致目标定位误差较大的问题.针对该问题,提出了一种基于正六面体磁梯度张量测量系统的单点实时定位改进方法,该方法通过消除原定位方法中不变量存在的椭圆系数,从而克服椭圆误差对定位精度的影响.具体做法是通过求解测量系统中正六面体的六个平面中心点处磁梯度张量的特征值,并把这些特征值按照一定关系进行组合来消除椭圆系数,来获得六个平面的新不变量,再对这些新不变量求其梯度值,根据这些梯度值对目标进行定位,这样该定位方法可以有效的克服椭圆误差,可对目标进行单点实时定位.对改进定位方法进行了仿真实验分析,结果表明改进方法可以实现目标的单点实时定位,定位的平均相对误差较现有方法减少10.9%.改进方法对所搭载平台的机动性要求较低,其平台可做直线或曲线运动对目标实现单点实时定位.

基于磁梯度张量的目标多测量点线性定位方法

针对目前基于磁梯度张量的目标多测量点定位方法中存在求解过程复杂且无法得到解析最优解的问题,提出了基于磁梯度张量的目标多测量点线性定位方法。该方法将磁梯度张量的三个特征值按照一定关系组合得到一个与磁偶极子方向无关的不变量,同时利用绝对值最小的特征值对应的特征向量与距离矢量垂直的几何关系,通过运动载体平台的运动测量得到三个点的磁梯度张量数据,建立关于磁性目标位置的超定方程组,通过求广义逆得到目标位置的最小二乘解。仿真实验验证表明,多测量点线性定位方法对磁性目标的定位效果较好,可以实现对磁性目标的精确定位,且磁力仪的测量精度、测量系统的基线距离和运载平台的位移测量误差是影响定位精度的主要因素。

基于AUV晃动平台的水下磁性目标定位

针对传统磁梯度张量方法定位精度易受运动载体平台晃动影响的问题,本文提出了一种基于十字形磁梯度张量系统结构的磁梯度张量特征值不变量定位方法,该算法有效了克服载体平台晃动对定位精度带来的影响,并进一步分析了影响该算法定位性能的因素.相比于三阶张量定位算法与多点测量线性定位算法,本文算法的代价在于AUV(Autonomous Underwater Vehicle)载体平台必须要有一次上升或下潜动作.仿真实验结果表明:在无环境磁干扰和平台无晃动的理想情况下,本文算法的定位精度仅次于欧拉定位法,当存在环境磁干扰时,欧拉法定位性能迅速恶化;相比于三阶张量定位算法和多点测量线性定位算法,无论环境磁干扰有无以及晃动角度多大,本文定位算法的性能皆优于两者,即使当运动载体平台晃动角度增加到10°时,本文算法的最大定位误差也不超过15m.

基于全张量磁场梯度的磁偶极子定位及误差分析

为了对磁偶极子进行高精度的磁性定位,文章从磁偶极子模型出发,推导出磁偶极子的空间坐标与其产生的磁场及磁场梯度之间的关系式;针对模型及关系式,设计了一种全张量磁场梯度传感器,能够一次测量出精确定位所需的9个磁场梯度值和3个磁场强度值;对比仿真结果和实验结果,发现二者具有较好的一致性,证明了该理论模型的有效性。对于磁偶极子,用半径为0.05 m的梯度传感器对磁矩为2 A·m^2的磁偶极子进行定位测量,在0.5~1 m距离内定位误差不大于10%。文章还对定位测量误差的原因进行了分析,包括梯度测量基线距离及传感器半径对定位误差的影响。

基于磁梯度张量不变量的椭圆误差消除方法

现有的磁梯度张量不变量定位方法,可以实现地磁环境下对目标的单点实时定位,而且适合于移动平台对目标的定位,但磁梯度张量不变量定位方法存在椭圆误差。针对这个问题,提出了一种基于磁梯度张量不变量的消除椭圆误差改进方法。该方法通过构建新的单位定位矢量和修正定位矢量的模,消除椭圆误差对定位的影响,对改进方法进行了测量系统基线、信噪比、精度的性能仿真和磁源圆形轨迹运动的验证仿真,仿真结果表明本文所提的改进方法消除了椭圆误差,相比于原始方法定位误差有大幅度的减小,可以实现地磁环境的精确定位,而且对所搭载平台的机动性要求较低。

基于免疫克隆算法的一阶磁梯度张量定位方法

针对梯度张量法在磁定位系统中存在进场误差大的不足,提出了基于免疫克隆算法的一阶磁梯度张量定位方法。首先,利用十字形传感器模型,推导了一阶磁梯度张量定位原理。然后,根据磁场衰减规律,提出了误差梯度矩阵的计算方法并利用免疫克隆算法进行优化处理。为了验证新算法的有效性,在Matlab中采用了3条不同的路线分别进行一阶梯度张量定位和优化算法定位计算并通过实际定位实验对新定位算法进行验证。研究发现:基于免疫克隆算法的一阶磁梯度张量定位方法在距离较近时,能够有效提高磁定位系统的精度。

张量衍生不变关系下的磁源单点定位

为避免在利用欧拉反演方法进行磁性目标单点定位时,二阶张量数据对误差和噪声的较敏感性导致定位精度低的缺点,提出一种利用张量衍生不变关系、仅需一阶张量数据实现磁源单点定位的方法。在磁偶极子场源张量不变量和特征值分析基础上,推导了两个张量衍生不变关系:磁矩与位置矢量夹角是恒定的,且能用张量特征值表示;绝对值最小特征值的特征向量垂直于磁矩、位置矢量,其余特征值的特征向量共面于磁矩、位置矢量。据此,可计算出位置矢量关于过磁源中心某平面四象限对称的4个可能解,根据实际方位和磁测数据确定唯一解。实验结果表明,实测中经磁梯度张量系统误差校正后,对小尺度磁铁(直径5 cm、厚度0.5 cm)的定位精度控制在1 cm均方根误差范围内。相比欧拉反演方法,提出的方法在同噪声工况下探测距离更远,定位结果更可靠。

超导磁梯度张量探测系统单点定位方法研究

针对磁异常目标远距离定位的问题,本文提出了一种基于超导磁梯度张量探测系统的单点定位方法。通过测量观测点处的一阶磁梯度张量与磁总场强度即可实现对磁异常源的实时定位。仿真结果表明,探测距离为1000 m时,该定位方法的最大相对定位误差为5.27%。实验结果表明,探测距离为128 m时,该定位方法的最大相对定位误差为5.47%,可满足超导磁梯度张量探测系统远距离实时定位的需求。