磁场测量误差补偿技术综述

磁场测量误差补偿技术是地磁导航的关键技术之一。磁场测量误差补偿问题本质是磁力仪的标定与载体干扰磁场补偿的综合问题。对磁测误差补偿问题及其方法的研究进展进行了综述,介绍了磁测误差补偿技术的国内外研究现状,分析了磁测误差补偿模型及补偿方法,指出了制约该领域发展的关键技术和存在的问题,提出了磁测误差补偿技术的发展方向。     

一种手持式电子磁罗盘航向误差校正方法

针对传统的磁罗盘补偿方法计算量大、需要标定设备的问题,提出了一种利用陀螺仪相对航向辅助校准的方法。在分析磁罗盘误差的基础上建立了误差模型,采用梯度下降法解出姿态信息对磁场数据进行倾斜补偿,在陀螺仪相对航向角的辅助下,采用最小二乘法拟合经过倾斜补偿后的磁场数据求解出误差模型的系数。实验数据表明,该算法能够有效的对磁罗盘误差进行补偿,可以将磁罗盘的航向角测量误差控制在1°之内。     

主动干扰辅助下的无人机隐蔽通信功率与位置联合优化

利用友好干扰节点发送人工噪声是无线隐蔽通信中一种常见实现方法,可以增加监听者做出判断的不确定性,从而实现隐蔽传输。为此,考虑在无人机隐蔽通信网络中,部署一个空中的友好干扰节点,发射人工噪声干扰地面监听者的检测。对无人机与地面用户之间实现无线隐蔽传输进行了研究,分析了其有效隐蔽性能,联合优化了2架无人机的发送功率和位置部署以最大化隐蔽传输速率,使用粒子群优化算法与功率位置交替迭代算法2种优化方法得到最优的无人机部署位置及功率分配方案。仿真结果表明,联合优化方案相比于固定位置只优化功率的基准方案可以显著地提高系统隐蔽传输性能,且交替迭代算法所得结果要优于粒子群优化算法。     

微型四旋翼无人机磁测系统误差的两步校准法研究

用于地磁测量的MEMS三轴磁阻传感器越来越普遍的应用到无人机上进行姿态测量,为提高磁测系统的测量精度需要对传感器误差进行分析和补偿。现采用了一种两步校准法,即首先利用基于最小二乘的椭球假设拟合法对三轴矢量磁传感器的零偏、灵敏度与不正交误差进行标定补偿,目的是得到准确正交的传感器坐标系;利用四位置法对标定后传感器坐标系与测量系统坐标系之间的安装误差进行校准,从而得到磁测系统坐标系下的准确测量数据。无磁转台实验表明：经两步法后测量的磁场模值误差均值由校准前的2900nT降低为900nT,校准效果明显;测量系统单轴（Z轴）的误差均值由2736nT降低为49nT,有效的验证了安装误差校准的正确性。通过实验数据比较得出此方法优于传统的摇摆法,实际操作简单,不需要高精度辅助设备,能够有效的应用于无人机姿态测量系统校准,提高姿态角解算精度。     

基于磁通门与加速度传感器的三分量磁力仪研究

磁力仪在国民生产中有着广泛的用途,在比较了传统的三分量磁力仪之后,提出一种基于磁通门与加速度传感器的三分量磁力仪。首先,简单地介绍了该磁力仪的硬件电路组成结构,之后,为了选用适当的优化算法对测量误差进行校正而重点讨论了该磁力仪的测量误差种类,后采用Nelder-Mead单纯形算法对于该磁力仪的不共轴误差进行校正。最后,做了测量及校正实验,并进行了实验结果分析。     

PM2.5测量系统中改进神经网络控制算法优化补偿

针对现阶段PM2.5测量系统的测量精度较低的问题,提出了改进的BP神经网络PID控制算法对其进行优化补偿。通过对粒子群优化算法的速度公式进行了改进,采用优化的粒子群算法优化了BP神经网络,将其用于PID的在线参数调节,以PM2.5测量系统作为研究对象,将改进的BP神经网络PID控制算法与传统PID分别作了仿真研究。研究结果表明,基于改进的粒子群优化算法改进的BP神经网络PID控制算法与传统的PID控制相比,提高了测量精度,在一定程度上减少了误差。     

全光高灵敏度Bell-Bloom磁力仪的实现和优化

为了克服利用交流磁场激发基态塞曼磁子能级跃 迁的传统光泵磁力仪信号串扰问题,本文报道了一种 基于Bell-Bloom结构的全光铯(Cs)原子磁力仪。利用共振圆偏振光极化基态Cs原子使之产 生磁偶极矩,在 外磁场条件下,磁矩围绕外场进行拉莫尔进动,通过测量线偏振检测光偏振椭圆长轴的变 化周期,可以 实现对外磁场的高灵敏度测量。理论分析了强度调制的Bell-Bloom磁力仪工作原理, 搭建了试验系统, 通过磁力仪参数(抽运激光频率和光强)的优化,在100nT外磁场附近 ,获得了线宽(半高全宽)为22Hz、 每单位带宽信噪比(SNR)达到3.2×10⁴的拉莫尔进动光谱,进而评价该磁力仪物理系统具有100fT/Hz 1/2的本征灵 敏度;闭环测试结果为120fT/Hz1/2,空间分辨率达到1.2cm,且随外界磁场变化的响应时间为300ms。     

激光抽运-检测型原子磁力仪对交变磁场的测量北大核心CSCD

交变磁场作为磁场一种特殊的存在形式,有着广泛的应用和学术价值,而现阶段没有行之有效的方法对交变磁场进行绝对测量。抽运-检测型原子磁力仪具有量程宽、灵敏度高、能准确反映磁场真实特性,在磁场测量及标定中具有非常重要的意义。通过对抽运-检测型原子磁力仪在交变磁场激励下作用机理研究,对实验装置进行改进,实现抽运-检测型原子磁力仪对交变磁场的绝对测量,在Z轴方向上实现了背景磁场40000 nT,频率为100 Hz、磁场强度幅值为1000 nT的交变磁场测量;在Y轴方向上实现了背景磁场1000 nT,频率为20 Hz、磁场强度幅值为500 nT的交变磁场测量。测量结果表明该实验装置适用于低频、弱磁场强度交变磁场的测量,该方法为交变磁场的测量和标定提供一种切实可行的技术手段。     

PSO-BP神经网络在语音干扰效果评估中的应用

为了克服BP神经网络在连续语音数据干扰效果评估过程中存在的弊端缺陷,提出一种利用粒子群优化算法神经网络的客观语音干扰效果评估方法。该方法利用Mel倒谱技术提取所得的连续语音数据特征参数作为模型输入,再通过粒子群优化对BP神经网络的初始权系进行多点优化,建立了粒子群算法优化的BP神经网络模型,通过优化后的神经网络模型实现输入值到对应主观评价MOS证,对比表明,粒子群算法优化后的BP神经网络模型,其收敛速度较传统BP在4%以内,模型相关系数和标准差更加接近理想参数。     

基于MEMS技术的光泵原子磁力仪发展与应用北大核心

综述了光泵原子磁力仪的发展过程及技术指标,介绍了基于MEMS的光泵原子磁力仪的现状,总结了光泵原子磁力仪的主要应用。对基于MEMS技术的光泵原子磁力仪的发展应用前景提出了建议,基于MEMS技术的光泵原子磁力仪在未来也会成为空间磁场分布测量的重要手段,为航空、船舶、医疗诊断等领域提供重要支撑。微型化的原子磁力仪甚至有望集成到家用医疗设备或嵌入到可穿戴设备中去,这将成为原子磁力仪进入消费电子领域的突破口,基于MEMS技术的光泵原子磁力仪会成为新一代磁测量产品的标志,成为磁测量民用市场不可替代的产品。     

激光测量系统不确定度最小包络椭球模型研究

为了对激光测量系统的测量误差3维空间分布进行有效评估,以特定点测量或仿真的大量位置数据为基础,采用孤立森林算法对点云进行了异常数据筛除.基于误差椭球理论,引入粒子群优化算法,针对有效数据建立了最小包络椭球的不确定度模型;采用测量场与单点不确定度的坐标系变换,将不确定度最小包络椭球模型应用于测量场景内不确定度场的空间分布...     

核磁共振陀螺横向补偿磁场优化设计

核磁共振陀螺作为目前世界上体积最小的导航级陀螺,已受到国内外的广泛重视。核磁共振陀螺通过检测磁场中原子核自旋进动频率的改变确定载体角速度,其陀螺精度与磁场的均匀性、稳定性密切相关。导航级核磁共振陀螺需要飞特级磁场环境,高效磁屏蔽一般仅能完成5～6个数量级的磁抑制,还需进行主动磁补偿。该文从核磁共振陀螺磁场分布的理论分析出发,通过数学计算和计算机仿真,分析和研究了横向磁补偿系统的磁场分布,并对横向磁补偿线圈进行了优化设计。设计的核磁共振陀螺横向磁补偿系统磁场均匀性较优化前提高约13倍,满足了核磁共振陀螺的使用需求。该工作为核磁共振陀螺仪设计和制造提供了一定的理论依据和参考价值。     

基于改进粒子群优化算法的无人机实时航迹规划

在无人机航迹规划中,通过改变惯性权重和采用自适应粒子群编码方式,以最大转弯半径、步进、最短距离和回避威胁作为航迹的评价指标,将约束条件、地形地貌及威胁信息引入适应度函数等方法,对粒子群优化算法进行改进,解决了粒子群算法在寻优过程中易陷入局部最优的问题.仿真结果表明,该方法可实现在线实时航迹规划.     

磁探测定位在搜寻水下铁磁性物体中的应用

对于探测并定位水下铁磁性物体,高精度磁探测定位是目前最行之有效的方法。实际经验表明,当磁探测定位装置与磁性目标的距离大于3倍磁性目标几何尺寸时,可以把磁性目标简化成磁偶极子模型,通过空间上一批点的磁场测量数据,求出磁偶极子的磁矩以及分布位置,从而知道目标物体的具体位置。本文通过对原单点磁张量定位中利用磁场矢量及磁张量数据进行磁偶极子定位的方法进行改进,利用差分方法消除了磁场矢量项,有效地消除了地磁场及其它共模干扰,提出基于差分磁张量定位方法,进而设计出基于该定位方法的磁张量测量系统,具有较高的定位精度。     

一种SQUID传感器基线漂移和工频干扰联合抑制新方法

基于超导量子干涉器件的低频微弱磁场测量系统,在无磁屏蔽环境下工作时容易受到大地磁场和输电线路干扰,测量数据中混叠有严重的基线漂移和工频谐波干扰。为了提高微弱磁场信号检测性能,本文提出了一种基线漂移和工频干扰联合抑制新方法。该方法首先利用噪声辅助的多维经验模式分解部分重构信号,消除基线漂移带来的非平稳性影响。然后根据工频干扰的短时平稳特性,采用最小二乘法对工频干扰进行抑制。数值仿真和不同环境下实测数据处理结果表明,与自适应滤波方法相比,本文方法对于基线漂移和工频干扰具有更好的处理效果,满足系统在野外无磁屏蔽条件下的应用要求。      

利用高灵敏的无自旋交换弛豫原子磁力仪实现脑磁测量

设计了基于无自旋交换弛豫(SERF)的高灵敏度非低温铷原子磁力仪,其灵敏度在15 Hz处达到了6fT/(Hz)~(1/2)。利用此SERF磁力仪,在屏蔽筒内测量了人脑视觉皮层在睁眼和闭眼状态下的磁场差异。该SERF磁力仪采用抽运-探测双光模式,与单光配置相比,双光SERF磁力仪可以实现更高的灵敏度,并且不需要额外的磁场调制,因此省略了采集系统中复杂的锁相放大器。这种装置更有利于实现小型化的全头脑磁图传感器阵列。     

基于粒子群算法复合型磁靶结构参数优化调整

通电线圈与永磁体复合型磁靶需要确定的结构参数类别较多,如果不采用有效的优化算法加以优化调整,很难通过经验设定来达到理想的磁场模拟精度。为了解决这一问题,提出了一种基于粒子群算法的复合型磁靶结构参数优化调整方法,该方法将电流参数、永磁体大小、区段间距、区段的长度同时进行优化,并通过一仿真算例验证了方法的有效性。     

基于群体智能算法的无人机协同搜索

为解决无人机集群进行协同搜索时的任务分配问题,在基于天牛须搜索的粒子群优化(BSO)算法的基础上设计了一种天牛粒子群混合(BSO-BAS)算法,克服了粒子群优化(PSO)算法易陷入局部最优解、寻优不稳定的缺点。以多旅行商模型(MTSP)为基础构建了多目标、多约束的无人机集群任务分配模型。通过实验仿真与原始寻优算法进行对比,验证了所设计算法求解无人机协同搜索任务分配问题的可行性和稳定性。     

一种基于椭球假设的地磁传感器误差补偿方法

为了提高地磁总场的测量精度,在现阶段关于磁罗盘普遍采用椭圆假设补偿方法的基础上,分析地磁干扰特性,采用一种基于椭球模型假设理论的误差补偿模型补偿磁干扰环境下的地磁总场。根据此理论,用FM300地磁测量仪,并结合无磁转台进行了补偿实验。实验结果表明,该方法能有效提高地磁总场的测量精度,解决了地磁传感器不同姿态测量某点误差较大的缺陷,利用此方法能够有效简化操作,缩短测算时间。     

干扰环境下基于博弈论的无人机群部署与组网方法

该文研究了干扰环境下基于博弈论的无人机(UAV)群部署与组网方法.首先,基于拥塞博弈,提出一种分布式无人机群部署算法(CUD).每架无人机可以通过与邻近无人机的有限交互,实现自主的位置优化,以提高数据采集量,并增强干扰躲避能力.其次,基于联盟形成博弈,提出一种无人机群动态组网算法(USACF),可使无人机群在干扰威胁下...