磁性目标检测及定位技术研究
发布时间：2022-02-14 21:39
磁异常探测技术通过采集磁性目标周围的磁异常场信息,实现对磁性目标的检测与定位。磁异常探测技术被广泛应用于地球资源勘探、水下磁目标探测等领域,对国民经济发展与国防建设有着重要的作用。本论文以磁性目标检测与定位为背景,对磁性目标检测算法、磁异常定位算法、多磁偶极子反演方法开展相关研究,并构建了磁异常探测实验装置进行有关验证研究。本文主要工作如下:针对磁性目标的检测,介绍了基于能量函数的正交基函数法、基于误差函数的正交基函数法、自适应滤波法与最小熵滤波器法,并对这几种方法的检测效果进行了仿真分析,验证了算法的可行性。分析了使用磁张量信息进行定位的优势,构建了磁传感器立方体构型的张量磁探仪方案,随后研究了欧拉反演法、总场梯度法、张量模量梯度法以及TFG-TMG联合方法,仿真分析了各种方法的优缺点,并基于最小定位误差分析了测量阵列的最佳尺寸,采用联合方法进行了磁目标跟踪方法仿真。分析了多磁偶极子空间磁场分布特性,初步进行了多磁偶极子反演定位效果的仿真研究,对多种类型的目标模型通过不同尺度的仿真说明了在大尺度条件下磁目标可以视为单磁偶极子,小尺度下体现更多的多磁偶极子特性。设计了实验装置和试验方案...
【文章来源】：南京理工大学江苏省211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
P-3C反潜巡逻机和AN/ASQ-508(A)磁场标量探测系统
1绪论硕士学位论文4图1.2应用于飞机上的标量梯度探测系统与标量梯度型磁异常探测方法类似，现今国外提出了利用矢量磁强计构建矢量梯度型磁异常探测方法，当使用的矢量磁强计布局满足全张量条件时，该种磁探方法也可称为全张量型磁异常探测方法。全张量型磁异常探测方法克服了矢量型磁异常探测方法对姿态变化敏感的缺陷，相比于标量梯度型磁探方法拥有了更丰富的磁场信息，理论上仅需单次测量即可达成对磁性目标的精确定位。随着超导量子干涉磁强计技术的发展和成熟，近年来，美国、德国、澳大利亚等发达国家正在积极开展基于超导量子干涉磁强计的航空全张量型磁异常探测方法的研究。德国耶拿物理学高技术研究所1997年就设计和开发了飞行载体全张量磁异常探测方案，并于2004年用直升飞机和固定翼飞行器进行了飞行试验，获得了约100平方公里（线距100m）的张量梯度数据[28]。美国OakRidgeNationalLaboratory利用由美国海军提供的8个超导量子干涉磁强计搭建全张量型磁异常探测仪，并开展了航空测试，单次测量就可以确定磁目标的位置[29]。澳大利亚CSIRO研究机构研发了一种用于航空物探的全张量型磁异常探测仪，并进行了初步试验，验证了系统设计的可行性[33]。在全张量型磁异常探测方法的理论研究方面，W.M.Wynn在1995年提出了利用梯度张量及其对场源的变化率来实现磁偶极子的定位，这种方法可以在已知探测仪的运动速度的条件下进行[30]。随后在2002年他又提出了通过静态磁偶极子梯度张量的五个方程来反算出目标的位置的方法，在梯度张量的变化率和磁目标的相对运动情况已知的前提下可以获得相对位置的唯一解[31]。澳大利亚研制了一个航空张量磁梯度测量系统GETMAG，该系统使三个梯度仪绕其轴旋转，可以获得磁场梯度张量信息，具有非常高的灵敏度
2磁性目标检测方法硕士学位论文82磁性目标检测方法2.1正交基函数法2.1.1基于能量函数的正交基方法当距离大于3倍目标尺寸时，磁性目标产生的磁场通常可以被建模为单磁偶极子模型的磁场，即磁性目标可被视作点偶极子目标[16]。图2.1点磁偶极子场根据经典电磁场理论，在图2.1所示参考坐标系中，磁矩为的单磁偶极子在原点O处产生的磁场可以由下式来求得=043[3()2–](2.1)当使用标量磁强计测量磁异常场时，由于磁异常场一般相对于地磁场是小量，补偿地磁场后获得的磁性目标磁场信号实际上能够近似看作目标产生的磁场在地磁场方向上的分量大小，即：04[3()()5()3](2.2)其中表示地磁场，为磁异常信号的标量。容易看出补偿后的磁异常标量场与磁性目标磁场和地磁场的夹角有关，夹角越接近0°或180°获得的磁异常标量场越接近真实值，夹角越接近90°获得的磁异常标量场越趋近于零，在磁性目标磁场方向与地磁场平行时补偿得到的磁异常标量场最准确。假设标量磁强计做匀速直线运动，而由于一般的磁性目标其移动速度相较而言很小或是完全固定不动的，故当标量磁强计载体经过磁性目标上空时，可以把磁性目标看作是静止的。不失一般性，以磁性目标为坐标原点建立参考坐标系如下图所示。==O磁偶极子
【参考文献】：
期刊论文
[1]国外无人水下航行器装备与技术现状及展望[J]. 钟宏伟. 水下无人系统学报. 2017(04)
[2]基于最小熵滤波器的磁异常检测算法[J]. 戴忠华,周穗华,单珊. 水雷战与舰船防护. 2017(02)
[3]基于磁传感器阵列的磁性目标跟踪方法[J]. 尹刚,张英堂,范红波,李志宁. 上海交通大学学报. 2015(12)
[4]运动平台的磁性目标实时定位方法[J]. 于振涛,吕俊伟,许素芹,周静. 哈尔滨工程大学学报. 2015(05)
[5]基于FIR与正交基分解的磁性目标检测方法[J]. 杨勇,石超,陈正想. 舰船电子工程. 2015(01)
[6]基于正交基分解算法的航空磁探方法[J]. 杨勇,陈正想. 电子科技. 2014(07)
[7]基于磁梯度张量的目标定位改进方法[J]. 于振涛,吕俊伟,樊利恒,张本涛. 系统工程与电子技术. 2014(07)
[8]载体平动条件下的磁梯度张量定位方法[J]. 张光,张英堂,李志宁,范红波. 华中科技大学学报(自然科学版). 2013(01)
[9]航空磁探中水下目标的自适应探测方法[J]. 邓鹏,张坚,林春生. 舰船科学技术. 2012(03)
[10]基于舰船矢量磁场的定位方法[J]. 隗燕琳,肖昌汉,陈敬超,周国华. 上海交通大学学报. 2009(08)
硕士论文
[1]磁异常信号检测与源定位方法研究[D]. 张浩.电子科技大学 2015
本文编号：3625315
【文章来源】：南京理工大学江苏省211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
P-3C反潜巡逻机和AN/ASQ-508(A)磁场标量探测系统
1绪论硕士学位论文4图1.2应用于飞机上的标量梯度探测系统与标量梯度型磁异常探测方法类似，现今国外提出了利用矢量磁强计构建矢量梯度型磁异常探测方法，当使用的矢量磁强计布局满足全张量条件时，该种磁探方法也可称为全张量型磁异常探测方法。全张量型磁异常探测方法克服了矢量型磁异常探测方法对姿态变化敏感的缺陷，相比于标量梯度型磁探方法拥有了更丰富的磁场信息，理论上仅需单次测量即可达成对磁性目标的精确定位。随着超导量子干涉磁强计技术的发展和成熟，近年来，美国、德国、澳大利亚等发达国家正在积极开展基于超导量子干涉磁强计的航空全张量型磁异常探测方法的研究。德国耶拿物理学高技术研究所1997年就设计和开发了飞行载体全张量磁异常探测方案，并于2004年用直升飞机和固定翼飞行器进行了飞行试验，获得了约100平方公里（线距100m）的张量梯度数据[28]。美国OakRidgeNationalLaboratory利用由美国海军提供的8个超导量子干涉磁强计搭建全张量型磁异常探测仪，并开展了航空测试，单次测量就可以确定磁目标的位置[29]。澳大利亚CSIRO研究机构研发了一种用于航空物探的全张量型磁异常探测仪，并进行了初步试验，验证了系统设计的可行性[33]。在全张量型磁异常探测方法的理论研究方面，W.M.Wynn在1995年提出了利用梯度张量及其对场源的变化率来实现磁偶极子的定位，这种方法可以在已知探测仪的运动速度的条件下进行[30]。随后在2002年他又提出了通过静态磁偶极子梯度张量的五个方程来反算出目标的位置的方法，在梯度张量的变化率和磁目标的相对运动情况已知的前提下可以获得相对位置的唯一解[31]。澳大利亚研制了一个航空张量磁梯度测量系统GETMAG，该系统使三个梯度仪绕其轴旋转，可以获得磁场梯度张量信息，具有非常高的灵敏度
2磁性目标检测方法硕士学位论文82磁性目标检测方法2.1正交基函数法2.1.1基于能量函数的正交基方法当距离大于3倍目标尺寸时，磁性目标产生的磁场通常可以被建模为单磁偶极子模型的磁场，即磁性目标可被视作点偶极子目标[16]。图2.1点磁偶极子场根据经典电磁场理论，在图2.1所示参考坐标系中，磁矩为的单磁偶极子在原点O处产生的磁场可以由下式来求得=043[3()2–](2.1)当使用标量磁强计测量磁异常场时，由于磁异常场一般相对于地磁场是小量，补偿地磁场后获得的磁性目标磁场信号实际上能够近似看作目标产生的磁场在地磁场方向上的分量大小，即：04[3()()5()3](2.2)其中表示地磁场，为磁异常信号的标量。容易看出补偿后的磁异常标量场与磁性目标磁场和地磁场的夹角有关，夹角越接近0°或180°获得的磁异常标量场越接近真实值，夹角越接近90°获得的磁异常标量场越趋近于零，在磁性目标磁场方向与地磁场平行时补偿得到的磁异常标量场最准确。假设标量磁强计做匀速直线运动，而由于一般的磁性目标其移动速度相较而言很小或是完全固定不动的，故当标量磁强计载体经过磁性目标上空时，可以把磁性目标看作是静止的。不失一般性，以磁性目标为坐标原点建立参考坐标系如下图所示。==O磁偶极子
【参考文献】：
期刊论文
[1]国外无人水下航行器装备与技术现状及展望[J]. 钟宏伟. 水下无人系统学报. 2017(04)
[2]基于最小熵滤波器的磁异常检测算法[J]. 戴忠华,周穗华,单珊. 水雷战与舰船防护. 2017(02)
[3]基于磁传感器阵列的磁性目标跟踪方法[J]. 尹刚,张英堂,范红波,李志宁. 上海交通大学学报. 2015(12)
[4]运动平台的磁性目标实时定位方法[J]. 于振涛,吕俊伟,许素芹,周静. 哈尔滨工程大学学报. 2015(05)
[5]基于FIR与正交基分解的磁性目标检测方法[J]. 杨勇,石超,陈正想. 舰船电子工程. 2015(01)
[6]基于正交基分解算法的航空磁探方法[J]. 杨勇,陈正想. 电子科技. 2014(07)
[7]基于磁梯度张量的目标定位改进方法[J]. 于振涛,吕俊伟,樊利恒,张本涛. 系统工程与电子技术. 2014(07)
[8]载体平动条件下的磁梯度张量定位方法[J]. 张光,张英堂,李志宁,范红波. 华中科技大学学报(自然科学版). 2013(01)
[9]航空磁探中水下目标的自适应探测方法[J]. 邓鹏,张坚,林春生. 舰船科学技术. 2012(03)
[10]基于舰船矢量磁场的定位方法[J]. 隗燕琳,肖昌汉,陈敬超,周国华. 上海交通大学学报. 2009(08)
硕士论文
[1]磁异常信号检测与源定位方法研究[D]. 张浩.电子科技大学 2015
本文编号：3625315
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