斜磁化条件下多磁源目标的边界识别方法

针对传统磁源边界识别方法在斜磁化条件下对多磁源目标识别能力较差的问题,提出斜磁化条件下多磁源目标的边界识别方法。根据矢量合成原理将磁场分量转化为总幅值异常以及方向余弦,利用改进K奇异值分解方法重建磁信号。利用归一化磁源强度与化极互相关的方法估计不同计算区域内磁源的磁化方向,将磁测数据转化为垂直磁化条件下的磁测数据。通过磁梯度张量矩阵特征值的绝对值之和与垂直条件下磁场沿z轴方向的分量在z轴方向上梯度的比值对磁源的水平边界进行求解,实现了对磁源水平边界的估计。仿真和试验结果表明,该方法能够准确识别斜磁化条件下多目标磁源的边界,且具有较强的抗噪性。     

基于磁梯度张量的目标多测量点线性定位方法

针对目前基于磁梯度张量的目标多测量点定位方法中存在求解过程复杂且无法得到解析最优解的问题,提出了基于磁梯度张量的目标多测量点线性定位方法。该方法将磁梯度张量的三个特征值按照一定关系组合得到一个与磁偶极子方向无关的不变量,同时利用绝对值最小的特征值对应的特征向量与距离矢量垂直的几何关系,通过运动载体平台的运动测量得到三个点的磁梯度张量数据,建立关于磁性目标位置的超定方程组,通过求广义逆得到目标位置的最小二乘解。仿真实验验证表明,多测量点线性定位方法对磁性目标的定位效果较好,可以实现对磁性目标的精确定位,且磁力仪的测量精度、测量系统的基线距离和运载平台的位移测量误差是影响定位精度的主要因素。     

强剩磁条件下磁性目标三维正则化聚焦反演方法

针对强剩磁条件下铁磁物质反演中存在磁化方向发生改变的问题,提出了强剩磁条件下磁性目标三维正则化聚焦反演方法。对于孤立磁源,首先估计其磁化方向,然后利用磁化方向估计值对磁性体进行反演;对于多目标磁源,利用弱敏感于磁化方向的磁总场模量数据进行反演。在迭代过程中,通过深度加权矩阵和最小支撑矩阵对经典Tikhonov正则化框架下的反演模型进行约束并得到目标函数,有效解决了反演解的多解性问题。对目标函数进行迭代奇异值分解,根据无偏风险估计准则自适应地确定正则化参数,实现了迭代过程的自动化。仿真和实验结果表明：在强剩磁条件下,该方法能够准确还原磁性异常体的轮廓形态,具有较好的模型分辨率。     

基于MEMS传感器的磁梯度张量单点定位系统

针对现有磁梯度张量定位系统普遍存在的整体尺寸大、系统运行维护成本高,难以实现小型化和低成本化应用等问题,提出基于MEMS传感器的磁梯度张量单点定位系统。该系统采用六棱台式磁梯度张量探头结构设计,利用两个单轴MEMS磁传感器以差分形式构建梯度计,根据六棱台磁梯度张量测量模型解算当前位置磁梯度张量值,通过磁梯度张量单点定位算法计算出磁性目标磁矩与相对距离,进而求解磁矩矢量和位置矢量,最终完成磁性目标定位。静态实验结果表明,基于MEMS传感器的磁梯度张量单点定位系统可有效实现近距离范围内磁性目标探测与定位,系统具有实时性强、成本低和尺寸小等优点,满足探危排爆、入侵监测等场景下小尺寸、低功耗磁探测需求,同时它也可作为小型样机,验证六棱台式超导全张量磁梯度测量系统磁性目标单点定位有效性。     

基于磁梯度缩并的探测、定位和鉴别水雷和未爆武器的通用方法

我们报道了关于全面开发独特的基于磁梯度张量的"标量三角测量和测距(STAR)"探测、定位和识别(DLC)磁性目标的方法明显的进展情况。STAR方法将磁张量变换成旋转不变的标量参数,该参数实际上是不受传感平台运动效应的影响。改进的三维模拟表明,STAR概念可用于测量磁性目标的矢量位置和偶极子特征。新的结果表明,改进的STAR系统将提供更强的鉴别磁杂波和类似磁性水雷与未爆武器(UXO)等真实目标的能力。     

两点磁梯度张量定位方法

针对单点磁梯度张量定位方法存在的受地磁影响较大,且定位存在多解性的问题,提出两点磁梯度张量定位方法。该方法基于单点磁张量梯度定位原理,利用运动载体测量系统的连续两点磁梯度张量,结合磁偶极子模型方程,构建两点磁梯度张量非线性目标函数,采用单点定位和POWELL混合优化算法对位置参数进行求解。仿真结果表明,在有地磁干扰的情况下,所提方法与原单点磁梯度定位方法相比受地磁影响小,定位精度较高,测量系统基线大小和磁力仪精度是影响远距离定位精度的主要因素。     

基于磁梯度张量的磁目标模式识别方法

针对目前地下小型磁目标形状识别局限于磁测数据的反演,受测量精度影响大,识别效果不理想的问题,提出了基于磁梯度张量和支持向量机的地下磁目标模式识别方法。该方法将机器学习的方法引入地下磁目标识别领域,利用量子粒子群改进的支持向量机(QPSO-SVM)识别地下小目标的形状。同时从样本信号中计算并分离出基于磁梯度张量矩阵的9个特征量联合识别磁目标,并对磁异常数据进行化极和延拓处理,提高了数据质量,使数据特征更突出。仿真和实验结果证明,本方法克服了重磁数据正、反演过程中大量的公式推导和计算,降低了对磁测数据精度的依赖,提高了识别正确率。     

载体姿态变化对磁张量定位精度的影响

针对磁张量定位研究中,缺乏载体姿态变化对定位精度影响分析的问题,由磁张量定位公式出发,从理论上分析了载体姿态变化对磁张量定位精度的影响,得出在不考虑传感器测量误差时,载体姿态变化不影响张量系统定位精度;在考虑传感器测量误差时,定位精度随载体姿态的变化而变化。仿真实验表明,考虑磁场传感器测量误差,定位距离的相对误差随载体姿态变化而变化,最大值小于4.2%,验证了理论推导的结论,满足一般定位精度要求,并为实际选取传感器精度提供了依据。     

磁异常信号奇异值分解的随机共振检测方法

针对目前对水下目标磁异常信号低信噪比检测能力较差的问题,提出奇异值分解-随机共振(SVD-RS)方法。该方法基于磁偶极子仿真水下目标磁偶极子信号,信号经过奇异值分解选择最优子信号,随后将子信号通过随机共振系统,并构建检验统计量,实现对水下目标磁异常信号的检测。仿真结果表明,通过奇异值分解的方法,能够将信号信噪比提高6 dB,使用奇异值分解-随机共振检测方法,能够在输入信噪比为-12 dB时,对水下目标磁异常信号进行有效检测。     

磁性目标的单点磁梯度张量定位方法

针对以往利用总量磁场(或梯度)或磁场分量测量的定位方法计算量相对较大、定位实时性较差的不足,根据磁偶极子模型基础上的简易方便的磁梯度张量定位模型,利用一个测点的测量值实现了实时磁性定位.利用平面磁梯度测量系统,对定位模型进行了仿真分析,表明该方法具有较高的精度,磁探仪精度、基线距离等是影响定位误差的主要因素,该方法对实际磁定位工作具有一定的参考价值.     

基于磁记忆梯度张量信号的缺陷二维反演研究

金属磁记忆检测技术是一种能对铁磁材料早期微观损伤及应力集中进行有效诊断的无损检测方法,针对二维反演方法难以准确得到缺陷分布的问题,提出了磁记忆梯度张量分析方法。分析磁梯度张量的测量要素,设计了磁记忆梯度张量信号测量方案;将磁记忆信号水平梯度模量作为缺陷边界反演的特征量,通过水平梯度模量的极大值位置来确定缺陷的边界及分布。裂纹二维反演实验结果表明,该方法不受检测方向影响,可对缺陷二维分布进行准确反演。     

基于单个磁梯度计的磁目标定位方法研究

欧拉法可以实现对磁偶极子源的精确定位。通过旋转合成可以得到包含在欧拉齐次方程中的磁梯度张量,在此基础上提出了一种转动单个矢量磁梯度计实现磁目标定位的方法。建立了磁梯度计旋转探测模型,分析了模型中转动角、倾角和基线长度等参数对磁目标定位精度的影响,为转动装置的参数设置提供了参考。研究结果表明,与7个磁传感器组成的阵列探测方法相比,该旋转探测方法在靠近磁目标的区域内具有更高的定位精度。     

地磁场中磁目标的等效衰减磁矩定位方法

为在地磁场中获取磁目标的位置参数,提出了一种基于等效衰减磁矩的磁目标定位方法。建立了正六面体的测量模型,计算了正六面体中心点和侧面中心点的等效衰减磁矩,得到了磁偶极子目标的定位公式。分析了地磁场、磁梯度测量噪声、正六面体边长基线及磁力仪测量精度等因素对磁偶极子目标定位结果的影响。仿真结果表明：该方法能有效克服地磁场的干扰,实现对磁偶极子目标的可靠定位;与以往的计算模型相比,在张量差分计算基线相同的情况下,可使原模型体积减小64.7%,定位精度更高。     

基于磁偶极子的2阶磁场梯度张量缩并方法

针对磁场定位中2阶磁场梯度张量的理论尚不够完善的现状,提出基于磁偶极子的2阶磁 场梯度张量缩并方法。给出2阶磁场梯度张量的全局模量和局部模量计算公式,分析2阶磁场梯度张量的全局模量和局部模量及相关参数的三维空间分布规律,并给出相关参数k_H、k_Hxy和k_Hz的近似计算公式,比较1阶磁场梯度张量和2阶磁场梯度张量及其模量的分布规律及与距离的关系。计算结果表明：全局模量C_H及参数k_H值在0°≤≤90°时,随着增大而减小,在=0°时最大,在=90°时最小;局部模量C_Hxy和参数k_Hxy值在0°≤≤90°时,随先增加、后减少,当=35° 时最大,当=90°时最小;局部模量C_Hz和参数k_Hz随先减少、后增加,当=0°时最大,当=71°时最小;k_H、k_Hxy和k_Hz的拟合值与理论反演值高度吻合;在距离较近时,2阶磁场梯度张量及模量更敏感;在距离较远时,1阶磁场梯度张量及模量更敏感;在实际磁场定位的应用中,可结合1阶和2阶磁场梯度张量及全局模量进行使用。     

基于矢量磁力仪阵列的水下磁性目标警戒系统

为提高水下磁性目标的预警成功率,设计一种基于阵列矢量磁力仪的磁性目标探测方法.按照理论推导与仿真相结合的方式,对阵列坐标系下磁性目标磁异常信号特征进行分析,推导目标距离计算方法,以某典型磁性目标为探测对象,对目标运动磁异常特征进行仿真,得出阵列间距与探测距离的关系.仿真结果表明:该设计具有一定的实用性,可为后续特定海区的水下磁性目标预警提供参考.     

基于频率域三维等效源的磁梯度张量转化方法

针对传统空间域条件下等效源计算方法中存在参数设计复杂、受噪声影响较大的问题,提出基于频率域等效源的磁梯度张量正则化转化方法。给出基于频率域地下水平长方体层的磁梯度张量正演理论,为频率域的反演计算提供理论基础;构建频率域三维等效源,并利用迭代法自适应确定地下网格划分深度与精度,实现计算过程的自动化。采用C范数正则化选择方法对地下等效源模型的磁梯度张量数据进行正演计算,提高了计算结果的稳定性。仿真和试验结果表明,在噪声条件下,该方法能够准确还原磁性异常体的磁梯度张量数据,具有较好的抗噪性以及计算效率。     

一种基于磁偶极子磁场分布理论的磁场干扰补偿方法

载体磁场对地磁场的干扰,一直是影响导航罗差、地磁测量的技术难题。为了提高适于地磁匹配定位需要的地磁测量精度,对如何消除载体固有磁场和感应磁场对地磁测量精度的影响进行了研究。应用磁偶极子磁场分布理论,推导了安装在载体上传感器所在位置的磁场组成,建立了利用理想传感器测量值计算地磁场的地磁测量模型;在分析磁场传感器测量误差的基础上,建立了综合考虑载体磁场干扰和传感器误差影响的地磁测量模型。该模型所含参数物理意义明确,可在任意姿态下实现对载体磁场和磁传感器误差进行综合补偿。实验证明,所建立的地磁测量模型具有较高的测量精度。     

基于水下运动平台的磁性目标跟踪与特征反演

传统的磁梯度张量定位方法大多基于单磁偶极子模型,对具有一定尺度的目标存在定位精度不足的问题,而且易受环境噪声以及测量精度的影响,尤其是在偶极子特征平面上,微小的扰动或者观测精度不足就会导致定位结果发生较大的偏差。针对上述问题,基于多个偶极子的组合模型,结合具有鲁棒性的无迹卡尔曼滤波算法,提出一种针对尺度磁性目标的磁梯度跟踪方法。该方法能够有效提高磁性尺度目标的定位精度,特别当出现异常观测时仍然可以准确定位目标。以水雷或者水下未爆弹等目标的识别为例,根据鲁棒无迹卡尔曼算法得到的偶极子分布状态,结合主成分分析算法的数学含义,设计了一种可以准确反演目标的主尺度特征以及结构特征的目标尺度反演算法。该算法可识别目标主尺度为线结构或者面结构,对目标主尺度反演误差小于0.3 m,对目标主尺度方向的反演误差小于2°,可为目标种类判别提供参考。