倾斜补偿式地磁传感器的设计与误差补偿方法

针对仿生偏振光-地磁-GPS的多信息源融合导航平台中的地磁导航需求,设计一种基于磁阻技术的补偿式三维地磁传感器系统.详细介绍了三维地磁传感器的原理、设计方法,分析了影响传感器精度的误差来源,并有针对性地进行了误差分析与补偿方法的研究.本传感器可实现航向角、俯仰角以及横滚角的动态实时测量,为多信息源融合下的自主导航系统提供一种精确有效的地磁导航辅助信息.     

基于移动众包的地磁传感器阵列室内指纹定位技术

针对有源的室内定位技术应用场景局限,布置设备成本高昂的现状,提出了一种无源高效的基于移动众包方式的地磁指纹定位技术。创新地提出了基于传感器阵列的地磁指纹采集与匹配方法,通过移动众包的方式来解决指纹采集更新工作量大、专业性强的技术适用性难题。通过基于核模糊C均值地磁指纹聚类算法训练离线指纹库,在20次重复实验的情况下,地磁指纹定位平均定位误差为1. 87 m,90%的定位误差小于3 m,较地磁线图匹配算法定位精度及性能均有较大的提升。     

基于磁阻传感器的车辆检测算法

地磁检测器一种新型的利用磁场变化的车辆信息检测设备,它能将车辆引起的地磁扰动转换为清晰的电压信号,根据不同车辆对地磁影响不同可以识别出车型,本文基于这种设备采集到的数据经过预处理和特征提取,采用相似性算法将采集到的车辆信息跟标准数据库中的车辆信息做相似性分析从而识别出车型,这种算法能遍历所有数据库中的车型,且易于实现,通过仿真分析可以看出此种算法有很好的效果     

基于多地磁传感器的车辆位置检测系统设计

系统通过在路面下安装多个地磁传感器检测车辆在路面的实时位置。地磁传感器与微处理器集成为信号处理模块,信号处理模块采集地磁传感器数据并在滤波后发送给数据处理模块。数据处理模块通过车辆经过路面时地磁传感器数据的变化来分析计算得出车辆的位置。通过对实验测得数据进行曲线拟合得出车辆位置与传感器差值之间的关系,进而推导出车辆的位置,其两轴精度达到10 cm。此外,设计的系统还可以测得车辆的速度和前进方向,并有望在智能公路方面应用于自动驾驶。     

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 NI CompactRIO 的多通道磁场采集系统的设计与实现

针对磁法勘探、地磁导航等不同技术领域的地磁测量需求,提出了一种多传感器模块化采集方案,构建了基于NI CompactRIO的多通道磁场采集系统.系统整合了光泵磁力仪,磁通门磁力仪,惯性导航模块以及GPS模块,可满足不同情况下的实验需求.为了解决多传感器组件同时采集时数据无法同步的问题,提出了基于GPS的同步授时技术以保证数据的有效性.利用插值计数器实现了数字倒数插值测频法,在铯光泵磁力仪有效输出范围内,磁测分辨率优于0.006 nT.在吉林大学电磁屏蔽室中,对系统噪声水平进行了评估,评估结果表明采集系统的PSD为7 pT/Hz@1 Hz,符合设计要求.最后在长春南湖和内蒙古桃合木苏木两个实验场地应用采集系统,验证了系统在野外恶劣环境下能够稳定工作,并高效地完成采集任务.     

基于FPGA的光泵磁梯度仪频率测量方法

磁梯度测量可以在一定程度上消除地磁日变对测量结果的影响,相比于地磁总场探测具有更高的分辨率,在地质勘探、地球物理以及国防军事方面都具有较高的应用价值.本文提出的测量仪以铯光泵磁力仪作为探头,由FPGA搭建采集系统,实现了磁场数据的测量、显示与存储.对现有铯光泵采集系统的频率测量算法进行改进,提出数字插值与移相结合的测频方法,在保证频率测量采样时间的前提上提高了测量精度,减小了测量误差.之后测试了测频模块的精度误差以及探头的一致性等指标.最后通过磁异常探测实验证明磁场梯度测量相比于磁总场探测可以更清晰的反应磁异常的位置大小等信息.     

一种基于STM32的弱磁信号检测和处理系统

设计了一种弱磁信号检测和处理系统,用高精度低功耗STM32芯片控制双轴磁阻传感器和模数转换芯片对地磁信号进行采集和转换,通过SPI接口将数据送至上位机处理数据,并在用户界面上实时显示系统当前磁角.经过实验验证和分析,本系统可以成功地应用于弱磁信号的检测与处理,证明了该系统的可行性和实用性.     

基于PDR和地磁匹配融合的楼层定位方法

针对室内楼层定位的实际应用需求,提出了一种基于PDR/地磁匹配融合的楼层三维定位方法。不同于传统的定位整层位置,该算法主要研究了楼层间楼梯部分的行人定位方法,行人可利用手机等设备获取加速度、陀螺仪、气压计以及地磁数据,通过对加速度、气压值分析识别上下楼状态,根据楼梯角度和阶梯高度进而获得位置高度信息,由于行人航位推算 (PDR)方法存在累积误差的问题,通过获得的地磁数据构建地磁基准图,并融合粒子滤波的方法修正PDR累积误差以达到获得运动轨迹的目的。通过实验数据分析,该算法能有效获取行人楼梯位置,精度优于1m,满足室内楼层三维定位的基本需求。     

煤矿井下HBi-LSTM地磁定位算法研究

针对井下环境对地磁数据影响较大的问题,提出HBi-LSTM神经网络地磁定位模型。基于分层LSTM处理不同长短时间序列以及Bi-LSTM充分学习每条序列信息的特点,构建出HBi-LSTM模型,利用矿用手机内置磁力计采集井下地磁数据,建立面向井下环境的地磁指纹数据库,通过HBi-LSTM学习实现地磁序列可以更好地对应位置标签,之后矿工手持矿用手机随机运动采集地磁序列通过训练好的模型精确匹配指纹库实现在线定位。实验结果显示：所提出的模型比基本LSTM模型的定位性能更好,能够有效提升复杂环境下定位精度。     

坑道水核磁共振探测激发磁场计算与测试方法研究

提出一种测量激发场垂直于地磁场分量的测量方法：应用固定线圈电磁感应法测量激发场,应用磁通门传感器测量地磁场,通过矢量运算求解激发场垂直于地磁场的分量。制作了激发场测量装置,通过对比激发场的径向分量和轴向分量的理论计算值和实测值,验证测量装置有效性。分析固定点处激发场垂直于地磁场的分量受线圈布设方向的影响,推导出固定点处激发场垂直于地磁场的分量取最大值时线圈布设角度求解方法,为实际探测线圈布设方向提供理论指导。     

磁通门磁力计测地磁研究

磁通门磁力计是一种弱磁测量仪器,可以用来测量地磁场。介绍了磁通门磁力计系统的结构和工作原理,并用一维开环系统实现了单方向地磁场分量变化的相对测量;在此基础上,增加三维球状反馈线圈实现了地磁场3个正交方向分量的测量。一维开环系统测量结果显示:在测量方向地磁场的周期以半日周期最为明显;三维系统测地磁场数据统计表明:当日地磁场变化不超过3μT。     

基于磁通门传感器的数据采集和修正

以磁通门传感器的低功耗、高精度采集与大容量存储技术为需求目标,在优化方案的基础上,设计了采集数据、记录时间、存储数据并拟合修正的电路系统,重点对电路系统的构成和数据修正的方法进行研究与改进.在实际地磁环境下对样机进行测试,结果表明:整套装置的功耗降低至mW级别,地磁场测量值和准确值的偏差在20 nT以内,存储量达到了2GB,实现了预期目标.     

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。     

Estimation of geomagnetic field disturbance using the wavelet transform

This paper discusses the main aspects of geomagnetic data processing using the wavelet transform. The wavelet transform is shown to be efficient for automatic extraction of unperturbed level of the horizontal component of the Earth’s magnetic field. As a result, it becomes possible to significantly reduce the errors arising during automatic calculations of the local geomagnetic activity index (local K-index) in comparison with adaptive smoothing (KAsm is Adaptative Smoothing method) recommended by INTERMAGNET. It has been found that prior to magnetic storms, we can observe a weak rise of geomagnetic activity in different frequency bands connected with the development of an approaching storm.     

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.     

Methods of analysis of geophysical data during increased solar activity

This work is directed at creation of methods of study of the processes in the ionospheric–magnetospheric system during increased solar and geomagnetic activity. Method of modeling and analysis of the parameters of the ionosphere, which allows prediction of the data and identification of the anomalies during the ionospheric disturbances, are given. Computational solutions for determination and estimation of the geomagnetic disturbances are described. Method of determination of the anomalous changes in the time course of cosmic rays, which allows qualitative estimations of the moments of their origination, duration, and intensity, is suggested.On the basis of the methods elaborated, the data on the periods of strong and moderate magnetic storms are complexly analyzed. Sharp oscillations in the electron density of the ionosphere with positive and negative phases, which originate in the regions analyzed during an increase in geomagnetic activity, are distinguished. Positive phases of the ionospheric disturbances from several hours to one and a half days long were formed before the beginning of the magnetic storms. At the moments of the increase in the electron concentration, a local increase is observed in the level of cosmic rays (several hours before the magnetic storms) that supported the solar nature of these effects. During the strongest geomagnetic disturbances, the electron concentration in the ionosphere decreased significantly and led to prolonged negative phases of ionospheric storms, which coincided with the decrease in the level of cosmic rays (a Forbush decrease).     

数字补偿式巨磁阻抗传感器设计

地磁环境下弱磁信号的检测要求地磁传感器具有灵敏度高、工作范围宽的特点,非晶丝在高频交流激励下具有阻抗变化率高的特点,宜于用来作地磁传感器.但非晶丝线性工作区较短,不能完全覆盖地磁场范围,通过采用数字补偿技术可以补偿大部分地磁场,使传感器工作于非晶丝的线性区,提高了传感器的灵敏度,扩展了传感器的工作范围.通过测试,采用数字补偿技术的巨磁阻传感器灵敏度为71. 133μV/nT,工作于-61 750. 8~73 774. 8 nT,与被测磁场的最大误差为2. 45 nT.     

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。