基于运动平台的磁梯度张量目标定位技术研究
Research on the Localization Technique of Magnetic Gradient Tensor Based on Motion Platform
磁异常探测技术由于具有识别能力强、定位精度高、隐蔽性好、不受浅海复杂环境影响等优点,在军事领域例如掩埋水雷探测、水雷磁引信、港口安全防护等方面有着广阔的应用前景.磁梯度张量目标定位方法以磁梯度张量作为磁场信息来源,通过采用适当的算法对磁场信息进行处理,能够推断出引起磁异常的目标位置.磁梯度张量包含信息丰富,受磁化方向影响小,不需要额外的处理就可以很好的描述磁场源.在磁偶极子的定位方法中,利用磁梯度张量能够避免传统定位算法中的一些局限,因而磁梯度张量探测定位技术具有重要的理论意义和良好的应用价值.本论文针对现有的磁梯度张量探测定位方法难以适应于运动平台的问题,首先,针对磁异常目标,结合磁性目标磁偶极子数学模型,推导了三种磁梯度张量目标定位算法,并针对这三种定位方法的优劣分别进行了分析与阐述,针对这三种定位算法均不能满足阵列搭载于运动平台定位的情况,通过对磁偶极子模型的分析,提出了一种改进磁梯度张量不变量定位算法;其次,对磁梯度张量探测阵列存在的测量误差进行分析,针对单个磁传感器自身的测量误差,分析传感器测量误差的来源,构建了单个磁传感器误差校正模型,确定误差校正参数,并利用最小二乘法对误差参数进行求解.针对传感器阵列间的非平行度误差,分析其误差来源并建立了传感器阵列的非平行度误差校正模型,确定误差校正参数,利用最小二乘法对误差参数进行求解,并通过仿真分析和试验数据对校正算法进行了验证;再次,基于Matlab仿真分析研究了阵列机械结构对定位结果的影响,针对阵列运动引入噪声对定位结果的影响,运用了扩展Kalman滤波方法对测得的磁梯度张量数据进行处理,以降低阵列运动带来的噪声对测试结果的影响;最后,基于理论分析的结果搭建了基于运动平台的目标定位系统,以铁磁块为磁性目标进行了定位试验,试验结果表明,结合改进的磁梯度张量不变量目标定位算法,论文中所设计的张量探测阵列测量精度较高,在3m范围内能够对目标进行有效定位,定位误差小于10%,在4m范围内能够对目标进行有效探测,定位误差小于50%.
- 作者：
- 邓超凡
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 检测技术与自动化装置
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 陈正想
- 中图分类号：
- TJ617；P318
- 关键词：
- 磁异常探测；磁梯度张量；运动平台；测量阵列校正；磁定位
- Magnetic Anomaly Detection; Magnetic Gradient Tensor; Motion Platform; Measurement Array Calibration; Magnetic Localization;