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。     

基于磁偶极子模型的管道机器人定位技术研究

分析了低频电磁波发射天线的磁场分布,为了便于工程实现将发射天线简化为磁偶极子模型;给出了磁偶极子磁场分布的数值计算结果;结果表明,垂直于发射天线轴线方向的磁感应强度幅值随位置的改变呈双峰变化的规律.提出了一种基于低频电磁波磁场幅值信号双峰变化规律的管道机器人定位方法.实验结果表明,该方法的定位精度为±5 cm,可用于管道机器人管内位置的管外定位.     

电磁定位系统测量误差校正技术研究

在电磁定位系统中, 若没有考虑环境磁场、制造工艺等误差因素的影响, 会导致系统定位精度下降。介绍了一种提高电磁定位系统定位精度的方法, 该方法为了克服经典磁偶极子模型过于理想化的缺点, 提出了误差修正模型, 介绍了天线参数标定原理, 同时给出了修正因子的标定方法、标定流程以及装置。通过对比试验可以看出, 经过模型修正的系统定位精度可达到未修正模型的5倍。     

基于量子多元宇宙算法的磁光成像增强

为了提高磁光成像增强效果,采用量子多元宇宙算法。首先铁磁材料施加磁场时,磁场的N、S级产生的光强差别性使得磁光成像区域的亮度由暗到明逐渐变化,焊缝磁光成像的像素灰度值与焊缝亮度成正比;接着引导滤波减少磁畴区域对磁光成像的影响,atctan函数对磁光成像区域增强;最后给出了算法流程。实验显示磁感应强度变化随着交变电压的增加而变大,霍尔探头离焊缝中心越远,则磁感应强度越小,磁感应强度在焊缝中心呈现对称分布,最小值在焊缝中心处,即磁场N级、S级交接处;磁畴特性随低频交流电压增加表现越明显;本文算法使得磁光成像增强效果清晰,评价指标较优。     

基于三相感应电机的小型化超低频发射天线研究

针对低频电磁传输中天线尺寸过大的问题，设计了一种基于三相感应电机的小型化超低频发射天线.电机工作时产生了时变低频电磁场，可作为超低频发射天线.为有效分析其电磁场分布，文章建立旋转磁偶极子数学模型以等效电机内部旋转时产生的磁场.首先，对电机内部磁场和旋转磁偶极子的关系进行阐述，利用麦克斯韦方程组，得到旋转磁偶极子的电磁场分布.其次，通过电磁仿真软件验证旋转磁偶极子的近场分布特性和远场辐射特性.最后，通过实验对电机近场的磁场分布进行验证.仿真和实测结果表明，三相感应电机具有超低频天线的辐射特性.     

基于改进粒子滤波的焊缝磁光成像增强

为了提高焊缝磁光成像效果,采用改进粒子滤波算法。首先建立法拉第磁光效应,磁光传感器把垂直分量的磁场磁感应强度以磁光图像的形式检测出来,分析焊缝成像的亮度变化。接着用无迹卡尔曼滤波算法更新粒子,权值小的粒子被抛弃,再通过调节复制率补充总数,避免粒子枯竭发生,设定比较阈值进行粒子重要性采样。最后采用非完全Beta函数只对磁光图像灰度级的最大值、中间值、最小值构造的焊缝区域进行增强,有效提高增强效果。实验显示越接近焊缝中心磁感应强度越小,越接近焊缝边缘磁感应强度也越小,在焊缝中心到焊缝边缘出现磁感应强度峰值,其出现位置在距离焊缝中心0.8 mm处;磁光成像效果随着磁场强度增加而变得清晰,其磁光成像灰度值范围增加;磁铁电压越大,距离焊缝位置越近的过渡区域灰度值变化越明显;所提方法在磁场N极、磁场S极交变处增强的焊缝图像过渡带轮廓清晰。     

多移动信标辅助的分布式节点定位方法

为提高移动信标辅助定位算法的定位精度,避免重复扫描待定位节点,提出了一种使用多个移动信标的定位方法。这些信标在遍历网络时保持一定相对位置关系,使用TDoA技术测距并为未知节点提供距离信息辅助其定位。提出了基于最优覆盖策略的2种移动信标路径规划方法。仿真结果表明,所提出的算法具有较高的定位精度,且所使用的移动路径性能较高。     

基于模拟退火算法的舰船磁场高精度建模方法

在舰船消磁与防护中,需要利用混合模型对舰船磁场的空间分布规律进行数学建模,而混合模型将磁偶极子阵列等距分布忽视了舰船结构的影响,且没有考虑测量数据的真实性,导致所建模型精度不高、稳定性较差.文章以混合模型系数矩阵条件数为目标函数,采用模拟退火算法（Simulated Annealing algorithm,SA）优化系数矩阵条件数,得到磁偶极子阵列的最优位置分布;然后通过考察单个点的拟合情况剔除误差大的测量点,优化测量数据;最后利用逐步回归求解模型方程,获得舰船磁场高精度稳定模型.实测数据建模表明：与磁偶极子等距分布的混合模型建模相比,本文方法所建模型精度可达96%,对测量数据误差的敏感性低,抗干扰能力强,具有较好的鲁棒性.本方法可用于复杂海况背景下的舰船磁场高精度建模,以及水面磁性目标探测与定位系统.     

航空磁探中使用边界元法的潜艇磁场建模

为解决航空磁异常探测中潜艇高空磁场分布难以测量的问题,根据Maxwell方程组和边界元法的基本原理,在预测空间基于格林函数,通过矢势分布求得潜艇空间磁场分布,建立潜艇磁场预测模型。使用磁偶极子仿真潜艇目标对预测模型进行初步理论验证,进一步设计实验对预测模型的有效性进行实际检验。根据理论和实验验证,结果表明,使用边界元法的潜艇磁场预测模型的平均绝对误差为0.220 5 n T,平均相对误差为2.368%。     

正四面体冗余惯导全参数现场快速标定方法

正四面体冗余惯导系统（RINS）具有高可靠性、高精度等特点,而误差标定是实现高精度导航解算的必要手段。当前正四面体RINS的误差标定均需要利用高精度转台实现,不仅标定成本高、标定时间长,而且在外场等硬件条件不足的情况下无法进行全误差参数的标定。针对这一问题,提出了一种无需高精度转台的正四面体RINS全误差参数现场快速标定方法。首先,建立了正四面体RINS的误差模型;然后,根据解析粗对准姿态误差矩阵与正四面体RINS零偏的关系提出了基于六位置的零偏标定方法;之后,设计三位置旋转方案进行陀螺仪的标度因数和安装误差标定;最后,利用零偏标定的六位置方案进行加速度计的标度因数和安装误差标定。仿真及试验结果表明,该方法能有效地标定出所有误差参数,在1 h静基座导航试验中,标定后北向定位精度从61.065 5 km提升至0.476 7 km,东向定位精度从161.202 7 km提升至4.842 2 km。     

杯状纵磁真空灭弧室三维涡流场仿真

对杯状纵磁真空灭弧室触头建立了与实际触头结构完全一致的有限元分析模型，模型中把电弧弧柱处理成圆柱形金属导体。对模型用有限元法进行了三维涡流场仿真。仿真结果表明，考虑电弧以及杯和电弧的涡流效应后，在电流峰值时，触头片中电流密度最大值变大；触头片上槽一侧的纵向磁场比另一侧强；磁感应强度B矢量在触头表面上的分布呈“旋涡”形状，其纵向分量在触头中心较大，越靠近触头边缘越小，而横向分量则增大；电流过零时，与未考虑电弧以及杯和电弧的涡流效应时的计算结果相比，触头间隙中心平面上及触头表面上的纵向磁场分布变为“帐篷”形状，纵向磁感应强度最大值也变大。在触头开距中心处纵向磁场较强且纵向磁场滞后时间也相对较长。     

一种基于多磁偶极子模型的磁传感手术导航方法

在计算机辅助手术(CAS)中,需对深入病人体内的手术器械进行定位。为避免光学定位(OPT)中视线(LOS)限制的问题,目前多采用磁定位(MT)技术。提出一种新的多磁偶极子模型,旨在克服磁定位系统中,圆柱形永磁体的单磁偶极子近似模型不准确,所导致的定位范围减小、定位精度降低的问题。该模型将圆柱形磁偶极子等效为一组沿磁体轴线排布的多个点磁偶极子,并通过自适应粒子群优化算法(APSO)对定位结果解算。相比于经典模型,该模型能够保证自身在磁体近场区域的有效性。实验表明,较传统方法,位置定位误差可减小15.5%~31.6%,姿态估计误差可减小10.5%~24.4%。     

无线传感器网络中DV-Hop定位方法的一种改进策略

原DV-Hop(Distance Vector-Hop)方法的定位步骤可归纳为两步：距离估计与位置计算。其中,距离估计精度对网络拓扑敏感,而位置计算算法对距离估计精度敏感,从而导致方法整体对多样性网络拓扑分布的鲁棒性较差。针对这一问题进行分析与改进,在距离估计阶段提出基于1跳内最近邻信标与其余信标的跳数连接关系独立确定未知节点与各信标间平均跳距的策略,以此改善未知节点与信标之间的距离估计误差;在位置计算阶段提出在原有Lateration算法的基础上增加牛顿迭代法优化步骤,以此提高定位精度。实验结果表明,在相同的网络条件下,与原DV-Hop方法和其他典型改进方法相比,改进策略首先在距离估计阶段提高了距离估计精度,进而在位置计算阶段提高了对距离估计误差的鲁棒性,从而整体上可有效提高全网未知节点的定位精度。     

无线网络中TOA定位算法的误差分析

利用误差分析的方法探讨了影响无线网络定位精度的有关因素。其定位误差主要取决于网络中各信标台的几何分布,及各测量值的大小。仿真显示:不同的信标组合其定位误差不同,通过TOA定位算法的分析、仿真及总结,给出了影响定位精度因素及提高定位精度的方法,为移动台的定位方案的选取提供理论依据。     

地磁背景下基于传感器阵列的磁偶极子目标跟踪方法

针对地磁背景下磁偶极子目标跟踪过程中存在的地磁干扰与模型非线性的问题,该文提出一种基于差量磁异常的蒙特卡洛卡尔曼滤波(MCKF)跟踪方法。新的跟踪方法以传感器阵列测量磁场的差量作为观测信号,并利用蒙特卡洛卡尔曼滤波算法解决模型的非线性问题,实现磁偶极子目标的实时跟踪。通过仿真跟踪实验,结果表明该文算法较传统的扩展或无迹卡尔曼滤波算法在稳定跟踪过程中对目标特征参数的估计更精确;通过地磁背景跟踪实验,结果验证了该文算法较传统算法在低信噪比下的性能优势。     

基于遗传算法的卫星磁模型研究

针对卫星磁特性研究与磁试验,建立了卫星多磁偶极子模型,分离了线性和非线性部分,利用遗传算法,以测点的模拟值和测量值之差的均方根作为目标函数,搜索多磁偶极子的位置,同时检测拟合误差,使得目标函数达到最优的同时,拟合误差也满足要求.最后对卫星静止状态和加电状态的磁性进行了计算,试验结果表明,用该方法建立卫星磁场模型精度高,磁矩和磁场的误差均小于5%,并且对测量误差不敏感,具有很强的鲁棒性.     

像素位置偏差对质心定位精度的影响

为提高微型星敏感器的质心定位精度,提出了一种利用外差式激光干涉装置标定图像传感器像素位置偏差的方法,并就像素位置偏差对星点像质心定位精度的影响进行了仿真研究。在噪声忽略不计的情况下,当像素位置偏差服从（-0.02,0.02）上的均匀分布时,补偿系统误差能够使星点定位精度从0.008 pixel提高到0.002 pixel。而如果加入服从N（0,5.52）的高斯白噪声,当像素位置偏差服从（-0.02,0.02）上的均匀分布时,补偿像素位置偏差能使定位精度从0.020 pixel提高到0.018 pixel;当像素位置偏差服从（-0.04,0.04）上的均匀分布时,补偿像素位置偏差能使定位精度从0.026 pixel提高到0.018 pixel,提高了31%。这说明标定像素位置偏差对提升质心定位精度有显著作用,为发展高精度微型星敏感器提供了一种新的技术手段。     

基于EKF的无线传感器网络移动信标定位算法

针对无线传感器网络节点定位精度较低的问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波的移动信标节点定位算法。该算法采用等距三重优化覆盖思想确定虚拟信标分布,利用蚁群算法获取最优遍历路径,同时引入扩展卡尔曼滤波算法以提高节点定位精度。通过对节点通信半径、虚拟信标数目、路径长度、迭代次数等参数分别进行仿真验证,结果表明本文算法定位精度明显优于普通质心定位算法,同时该算法在提高网络覆盖度、降低网络成本等方面也有较大优势。     

磁异探测法探测海底光缆

为提高海底光缆的探测效率,克服有源磁探测法的缺点,首先从海底光缆自身的铠装出发,提出了磁异探测这种无源磁探测的方法,接着对该方法的原理进行了深入分析,并利用无限长圆柱体模型和磁偶极子磁场模型对其进行了理论推导,其结果对今后开展仿真和实验具有较强的指导意义。     

电偶极子和磁偶极子场分布相似性的一种解释

电偶极子电场与磁偶极子磁场具有相似的空间分布。然而,这种相似性并非显而易见：电偶极子由一对等量异号电荷组成,而磁偶极子则是一个电流回路。本文从矢量场边值问题的唯一性定理出发,得出了面散度源和面旋度源产生的矢量场分布的一种等价关系,进而对电偶极子电场与磁偶极子磁场空间分布的相似性进行了解释。