超低频拖曳磁场天线磁致伸缩噪声分析

研究了海水中超低频拖曳磁场接收天线机械振动在地磁场中产生磁致伸缩噪声的机理,导出了计算磁场拖曳天线磁致伸缩噪声功率谱的理论公式,分析了天线灵敏度、电缆特性、地磁场等因素对磁致伸缩噪声的影响,并总结了降低磁场天线磁致伸缩噪声的四种有效方法.     

地磁场在缺陷微磁检测中的作用分析

地磁场在缺陷微磁检测中的作用是实现微磁检测定量化的理论基础;通过微磁学理论分析地磁场反复磁化铁磁性物质的物理过程,由于磁畴壁的移动,在缺陷区产生固定磁畴结点,固定磁畴结点内的磁场在缺陷处发生泄漏,形成可识别的缺陷信号,固定磁畴结点一旦产生其磁场强度远大于地磁场,地磁场对缺陷微磁检测的影响只会改变检测信号的幅值,不会改变缺陷信号的特征,揭示了缺陷磁场失而复得的原因,同时实验验证了地磁场在应力致磁效应中起到偏置磁场的作用,为在役设备微磁检测奠定了理论基础。     

地震学科中地磁场的研究

介绍了磁场是宇宙天体具有的一种基本属性，引出地球磁场-地磁场概念以及地磁场的构成和分类。     

基于LabVIEW的三轴微弱磁场检测系统

针对微弱磁场检测的需求,基于LabVIEW虚拟仪器技术开发三轴微弱磁场检测系统.采用3DMagIC(PNI12927)芯片来驱动三轴磁传感器,STC12LE2052AD单片机对传感装置进行参数配置和通信控制,并基于LabVIEW编写多功能可视化系统软件.在屏蔽筒中,对检测系统的灵敏度和线性度进行标定,通过软件方式对系统误差进行预补偿,实现对15nT级磁场的实时测量.地磁场测量的结果验证了该方法的可行性.     

便携式微弱磁场传感器的研究

基于单片机研制了用于实验教学的便携式低成本微弱磁场传感器,系统地介绍了传感器的硬件结构、软件实现方法,利用地磁场对测磁传感器进行了标样标定,并测量了铁球周围的地磁场分布,测量结果与理论计算进行了比较,数据表明:该测磁传感器具有高的准确度,运行可靠.     

基于粒子群优化算法的线圈系统设计

采用磁变模拟法,模拟舰艇在海洋上航行进行旋转和摇摆,在地磁场的作用下产生的涡流磁场,来实现对舰艇涡流磁场的测量.为了更精确地模拟地球磁场,首先需要创造一个均匀度相对较高的磁场空间.基于此目标,采用粒子群优化算法,以线圈系统的均匀度为目标函数,通过迭代的方式,对线圈系统的位置参数和匝数参数进行优化计算找到最优解.依据最优解,结合实验场地的特点和实际线圈系统的搭建情况,对线圈系统产生的磁场的均匀度进行了模拟仿真,建立了一个在中心区域均匀度高于95％ 的相对均匀的磁场空间.     

基于CEEMDAN阈值滤波的磁场信号去噪模型

地磁导航是弹药飞行技术中常用的一种姿态测量方法,其关键是获得精确的地磁场测量值.针对磁场测量信号中存在的随机噪声信号,本文提出了一种具有自适应噪声的完整集成经验模态分解(CEEDMAN)和自相关系数结合的地磁信号去噪方法.首先通过CEEMDAN方法对地磁信号进行完备的分解,并利用自相关系数和傅里叶变换确定分解后的噪声分量与有效分量的界限.在此基础上,采用小波软阈值方式提取含噪声分量信号中的有用信号,最后进行信号重构.通过对实际磁场信号的分析表明,使用CEEMDAN阈值去噪算法处理磁场信号相对于CEEMDAN强制滤波算法,其均方根误差降低了10.52％,信噪比提升了1.156 dB,椭圆间的几何距离下降了13.87％,表明本文所采用的滤波方法可以对磁场信号进行有效的去噪,提取有用信号.     

两种消偏陀螺的轴向磁场灵敏度

运用琼斯矩阵,分别建立了轴向磁场作用下,单消偏陀螺系统和双消偏陀螺系统产生Faraday非互易相位差的理论模型.导出了两种系统的非互易相位差的表达式,并对其进行理论分析和仿真,最后给出两种系统轴向磁场作用下的实验结果.提出:采用双消偏系统并使得两个消偏器的45°误差之和趋于0,可以在很大程度上减小消偏陀螺的轴向磁场灵敏度.     

磁致伸缩纵向导波传感器中偏置磁场的优化设计

偏置磁场大小是磁致伸缩纵向导波传感器设计的关键参数之一,最佳偏置磁场的选择受到材料和激励条件的影响,故要求导波检测系统中偏置磁场可调节性好.目前使用的偏置磁场有两种,其中螺线管线圈产生的磁场信号干扰大,信噪比低,永磁体提供的磁场可调节性不佳.为此,提出一种偏置磁场可以调节的结构方案,并通过该方案研制了一种可以调节的偏置...     

两种结构MEMS磁场传感器的研究

研究了两种结构的谐振式磁场传感器,检测在磁场作用下梁的振动幅度,来实现磁场的测量。首先介绍了传感器的工作原理,并用振动理论对传感器的受力及响应进行了分析,接着用有限元软件建立结构模型,对振动幅度进行了仿真。该MEMS磁场传感器采用标准的CMOS工艺加上后处理来实现。最后用多普勒仪对传感器的振动幅度进行测试,实验结果与理论分析一致,并对两种传感器性能进行比较。所研究的两种传感器结构简单,测试方便,可用于对mT级的磁场进行测试。     

一种基于地磁总场梯度的匹配定位算法

水下载体地磁导航技术是近年来研究的热点问题.为提高匹配导航定位的精度,提出了利用地磁总场梯度作为特征量进行地磁匹配定位.通过与地磁总场基准图的性能指标对比,分析了地磁总场梯度作为匹配特征量的优势.阐述了经典MSD(Mean Square Deviation)匹配算法的原理和缺陷,提出一种基于旋转变换的改进算法.仿真结果验证了地磁总场梯度匹配的优势和可行性;改进后的算法的定位精度相比经典MSD算法提高了26.57%,证明了改进算法的有效性.     

自适应无迹卡尔曼滤波算法在地磁导航中的应用

考虑到地磁导航过程中,无迹卡尔曼滤波(UKF)受初始值误差、系统噪声不确定性和环境磁异常扰动这些因素的影响,将自适应估计原理引入到UKF算法,提高UKF算法的收敛性和地磁导航系统的稳定性.计算结果表明,在地磁导航系统数据处理中,UKF算法略优于扩展卡尔曼滤波(EKF),自适应UKF算法优于自适应EKF算法,自适应UKF算法能够很好地抑制初始化误差、系统噪声不确定性和环境磁异常扰动对导航解的影响,进一步提高地磁导航系统的定位精度和可靠性.     

地磁辅助惯性组合导航技术分析

从地磁导航的特点出发,指出了地磁／惯性组合导航在未来发展中的优势,并对实现该种组合导航需要的技术手段做了全面的分析,包括：信息融合策略、高精度地磁场模型的构建方式以及滤波算法的设计。同时,阐述了其中的改进方向,为进一步提高该种组合导航性能提供思路。     

一种多传感器融合的室内三维导航系统

提出了一种多传感器融合的室内三维导航系统,利用了建筑物内的地磁信号,结合转向角传感器记录转过的角度、气压传感器检测用户所处环境中楼层高度,采用众包思想收集数据进行地磁地图的构建,使用地磁指纹匹配技术实现室内任意位置的定位及导航.相比基于WiFi和蓝牙的室内导航系统,基于地磁的室内导航系统不需要任何基础网络设施,应用广泛、灵活,实现成本低.通过在智能手机上部署系统进行实验性能评估,结果显示最高精度达到1 m以内,有95%的导航误差在3m之内,平均误差不超过2m,证明其有良好的定位功能并适用于一般大型建筑物.     

基于EMD和形态滤波算法的地磁测量抗干扰技术研究

针对地磁匹配定位中,地磁测量受导航载体上电气设备散杂磁场干扰问题,从理论上分析了电气设备产生散杂磁场的机理,通过实测数据总结归纳了散杂磁场特点规律。在与常规小波滤波算法比较的基础上,提出了采用经验模态分解(EMD)和形态滤波消除电气设备磁场干扰地磁测量的算法,从理论上剖析了该算法的优越性及可行性,并提出了根据散杂磁场噪声参数,科学确定需要滤波处理内禀模态函数层数的算法。通过仿真实验及误差分析证明,该算法能够自适应地处理高频交变、非线性、非平稳类磁场噪声,优于常规小波滤波算法,具有更好的降噪效果,有效提高了地磁测量精度和抗干扰性能。     

基于惯导辅助地磁的手机室内定位系统设计

目前的室内定位技术大都是需要建立足够多的信号节点,这种有源信号受建筑物干扰衰减快导致其定位精度不足。为了避免这些存在的问题,通过深入研究室内定位方法,提出了基于惯导辅助地磁匹配的适用于手机移动终端的室内定位方法。有别于传统的室外定位系统,本文利用地球磁场在不同点的差异化信息,并通过选择适当的地磁匹配算法,可以实现不依赖于外部设备的移动个体室内定位,同时通过惯导辅助地磁的组合定位方式有效增加地磁信息匹配效率,能获得较高的室内定位的精度。最后设计了基于android平台的手机室内定位软件,可利用手机内置的传感器设备实现室内定位功能,仿真及实验显示该定位方法是有效的。     

磁场信号检测误差分析及补偿算法

针对载体自身磁场特性及三轴磁传感器误差特性建立了地磁导航干扰误差补偿模型,通过对模型进行简化变形,利用系统辨识的最小二乘估计算法(LS)求取误差特性参数.数据分析表明:该方法简单易实现,简化了复杂的求解过程,基本达到了误差补偿的要求.     

一种基于自适应遗传搜索策略的地磁匹配算法研究

针对如何进行精确地磁匹配定位问题,提出一种基于自适应遗传搜索策略的地磁匹配算法。首先选择地磁异常场作为匹配特征量;然后从染色体编码、适应度函数以及遗传操作3个方面对自适应遗传算法进行阐述,给出基于自适应遗传搜索策略的地磁匹配算法流程;最后通过仿真分析白噪声、种群大小以及进化代数对地磁匹配结果的影响。研究结果表明:当地磁测量信号含有白噪声时,定位精度可以控制在一个网格(100 m×100 m)内;当种群大小达到70和进化代数达到200代时,定位误差和匹配概率趋于稳定;该算法在定位精度和匹配概率上比传统地磁匹配算法有所提高,并且随着噪声的增加这种优势愈发明显。     

一种新的快速地磁匹配算法

地磁匹配算法的本质是数字地图匹配,可以用相关算法来考虑这个问题.叙述了地磁匹配的原理,分析了传统地磁匹配算法的不足和造成的原因.在此基础上,提出了一种新的匹配算法:先对各采样点的地磁场矢量从地磁库中搜索小于误差的所有地磁矢量,并分别组成一个集合,再分别以这些集合为基准进行匹配.这样不但减少了匹配时间,而且降低了误匹配的...     

基于三轴磁强计和重力测量的融合导航算法

为了减小地磁导航的估计误差协方差,提高导航的可靠性和准确性,将重力作为一种新的量测信息引入到地磁导航系统中,提出了基于三轴磁强计与重力测量的融合导航算法.该算法以飞行器的位置与速度向量作为状态向量,建立状态方程;以飞行器所在位置的地磁场强度矢量与重力场强度矢量作为观测向量,建立观测方程;设计了一种联邦滤波器,用于融合三轴磁强计与重力测量仪表提供的量测信息.由于量测方程与状态方法都是非线性的,因此采用无迹卡尔曼滤波器(UKF)作为子滤波器可获得较高精度.仿真结果表明:该方法得到的位置估计误差小于30m,速度误差小于5m/s.与单一地磁导航、重力导航方法相比,该组合导航方法显示出更好的收敛性与可靠性.