地磁梯度辅助导航及磁目标探测技术研究
发布时间：2021-05-12 01:26
21世纪初的前后几年中,出现了航空磁场矢量分量测量以及全张量地磁梯度测量技术。作为地磁辅助导航研究的一个重要探索方向,以全张量地磁梯度测量数据为基础的惯性/地磁梯度辅助导航系统的研究,符合地磁场测量技术的发展趋势,并同时具备无源性、隐蔽性以及多源高效的匹配特征等优点。目前地磁梯度辅助导航技术的研究仍处于理论探索阶段,要付诸实际应用并实现工程化,仍存在许多问题亟需解决。论文以巡航导弹巡航段和末制导段中的实际应用需求为研究背景,在分析地磁辅助导航和磁异常目标探测等相关技术研究成果的基础上,重点围绕基于余弦变换的地磁梯度频域正演方法、实用基准梯度图联合构建及其数据压缩存贮算法、基于非线性滤波的惯性/地磁梯度辅助定位算法以及磁异常目标反演算法等关键问题开展研究工作。导航基准图是实现地磁梯度辅助导航定位的基础,然而由于全张量地磁梯度测量技术以及测量范围的限制,通过航磁测量获得大范围高精度实测梯度数据仍需要较长时间以及大量人力、物力。因此通过理论算法正演地磁梯度数据并实现导航基准图的构建是目前开展地磁梯度辅助定位研究的重要手段。为获取高精度全张量磁梯度数据,论文研究了基于余弦变换的频域快速正演方法...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和课题来源
1.2 航空磁力测量及磁力梯度仪技术的发展概况
1.2.1 航空磁力测量技术的国内外研究现状与分析
1.2.2 磁力梯度仪技术的研究现状
1.3 地磁辅助导航及磁异常目标探测技术的发展概况
1.3.1 地磁辅助导航的国内外研究现状与分析
1.3.2 磁异常目标探测技术的国内外研究现状与分析
1.4 论文的主要内容和结构安排
第2章 全张量磁梯度频域计算方法研究
2.1 余弦变换定义及其时域微分定理
2.1.1 二维连续余弦变换定义
2.1.2 二维离散余弦变换定义
2.1.3 二维余弦变换时域微分定理及移相π/2的时域微分定理
2.2 地磁场矢量分量正演全张量磁梯度的频域方法
2.2.1 基于傅里叶变换的地磁场垂向分量正演全张量磁梯度方法
2.2.2 基于余弦变换的地磁场垂向分量正演全张量磁梯度方法
2.3 磁源体仿真磁场建模
2.3.1 球体源仿真磁场及其梯度场建模
2.3.2 棱柱体源仿真磁场及其梯度场建模
2.4 仿真实验
2.4.1 算例1: 仿真球体模型磁场及其梯度场理论数据验证
2.4.2 算例2: 美国加州地区实测地磁场数据验证
2.5 木章小结
第3章 地磁梯度基准图数据库构建方法研究
3.1 地磁梯度基准图数据库构建方法
3.1.1 基于高精度实测地磁数据的地磁梯度构图方法
3.1.2 基于地磁场模型和高精度DEM数据的地磁梯度联合构图方法
3.1.3 基于地磁场模型和虚拟磁场数据的地磁梯度联合构图方法
3.2 利用DEM数据正演全张量磁梯度频域方法
3.2.1 二维连续余弦变换时域平移定理
3.2.2 基于余弦变换的Parker正演方法
3.2.3 利用Parker方法正演全张量磁梯度公式
3.2.4 仿真实验
3.3 利用重力位场数据正演虚拟磁场方法
3.3.1 重磁位场的泊松公式
3.3.2 重力梯度数据正演虚拟磁场矢量方法
3.3.3 重力数据正演虚拟磁场全张量磁梯度频域方法
3.3.4 仿真实验
3.4 联合构图方法应用算例
3.4.1 算例1: 地磁场模型+DEM数据的地磁梯度联合构图方法验证
3.4.2 算例2: 地磁场模型+虚拟磁场数据的地磁梯度联合构图方法验证
3.5 本章小结
第4章 基于压缩感知的地磁图数据压缩方法研究
4.1 压缩感知原理
4.1.1 信号的稀疏表示
4.1.2 信号的线性测量
4.1.3 信号的重构
4.2 导航基准图数据库的数据压缩方法
4.2.1 传统数据压缩方法分析
4.2.2 基于压缩感知的数据分频压缩及重构方法
4.3 利用交替方向算法改进的压缩感知重构方法
4.3.1 结合TV正则化和l_1范数最小化的压缩感知重构模型
4.3.2 压缩感知重构模型公式转化及ALM算法
4.3.3 ADM算法求解压缩感知重构模型
4.4 仿真实验
4.5 木章小结
第5章 地磁梯度辅助定位滤波算法及磁目标探测研究
5.1 磁异常目标探测方法研究
5.1.1 基于全张量磁梯度的方向解析信号方法
5.1.2 基于余弦变换的方向解析信号导数计算方法
5.2 磁异常目标探测方法仿真分析
5.3 惯性/地磁梯度组合导航算法及磁异常目标探测方法
5.3.1 固定指北半解析式惯导系统误差数学模型
5.3.2 惯性/地磁梯度辅助导航系统状态方程和观测方程
5.3.4 基于粒子滤波的磁异常目标探测方法
5.4 仿真实验
5.4.1 算例1: 惯性/地磁梯度辅助定位仿真实验
5.4.2 算例2: 磁异常目标粒子滤波探测方法仿真实验
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Chirplet变换和压缩感知的空中颤振目标稀疏成像[J]. 徐艺萌,管桦,王国正,张群,周丽. 电讯技术. 2013(10)
[2]最新国际地磁参考场模型IGRF11研究[J]. 刘元元,王仕成,张金生,郑玉航,乔玉坤. 地震学报. 2013(01)
[3]机载地形匹配系统技术研究[J]. 张亚崇,岳亚洲,王涛,贺凯,王琳. 弹箭与制导学报. 2012(05)
[4]磁张量数据的边界识别和解释方法[J]. 马国庆,李丽丽,杜晓娟. 石油地球物理勘探. 2012(05)
[5]地球重磁位场辅助水下潜艇导航仿真研究[J]. 郑晖,王勇,王虎彪,武凛. 武汉大学学报(信息科学版). 2012(10)
[6]地球磁场异常格网（EMAG2）辅助潜艇导航仿真研究[J]. 郑晖,王勇,王虎彪. 地球物理学进展. 2012(04)
[7]IGRF-11描述的2005-2010年中国地区地磁长期变化及其误差分析[J]. 陈斌,顾左文,高金田,袁洁浩,狄传芝. 地球物理学进展. 2012(02)
[8]基于压缩感知的图像自适应编码算法[J]. 张淑芳,李凯,徐江涛,瞿广财. 天津大学学报. 2012(04)
[9]基于过完备线性预测字典的压缩感知语音重构[J]. 孙林慧,杨震,季云云,叶蕾. 仪器仪表学报. 2012(04)
[10]基于非局部相似性和交替迭代优化算法的图像压缩感知[J]. 陈书贞,李光耀,练秋生. 信号处理. 2012(02)
博士论文
[1]INS/地磁匹配组合导航系统技术研究[D]. 梁莹.哈尔滨工程大学 2010
[2]地磁导航关键技术研究[D]. 寇义民.哈尔滨工业大学 2010
[3]基于压缩感知和稀疏表示的地震数据重建与去噪[D]. 唐刚.清华大学 2010
[4]卫星导航抗干扰接收系统技术研究[D]. 王新怀.西安电子科技大学 2010
[5]水下地形导航模型求解与导航区初选策略研究[D]. 田峰敏.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3182457
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景和课题来源
1.2 航空磁力测量及磁力梯度仪技术的发展概况
1.2.1 航空磁力测量技术的国内外研究现状与分析
1.2.2 磁力梯度仪技术的研究现状
1.3 地磁辅助导航及磁异常目标探测技术的发展概况
1.3.1 地磁辅助导航的国内外研究现状与分析
1.3.2 磁异常目标探测技术的国内外研究现状与分析
1.4 论文的主要内容和结构安排
第2章 全张量磁梯度频域计算方法研究
2.1 余弦变换定义及其时域微分定理
2.1.1 二维连续余弦变换定义
2.1.2 二维离散余弦变换定义
2.1.3 二维余弦变换时域微分定理及移相π/2的时域微分定理
2.2 地磁场矢量分量正演全张量磁梯度的频域方法
2.2.1 基于傅里叶变换的地磁场垂向分量正演全张量磁梯度方法
2.2.2 基于余弦变换的地磁场垂向分量正演全张量磁梯度方法
2.3 磁源体仿真磁场建模
2.3.1 球体源仿真磁场及其梯度场建模
2.3.2 棱柱体源仿真磁场及其梯度场建模
2.4 仿真实验
2.4.1 算例1: 仿真球体模型磁场及其梯度场理论数据验证
2.4.2 算例2: 美国加州地区实测地磁场数据验证
2.5 木章小结
第3章 地磁梯度基准图数据库构建方法研究
3.1 地磁梯度基准图数据库构建方法
3.1.1 基于高精度实测地磁数据的地磁梯度构图方法
3.1.2 基于地磁场模型和高精度DEM数据的地磁梯度联合构图方法
3.1.3 基于地磁场模型和虚拟磁场数据的地磁梯度联合构图方法
3.2 利用DEM数据正演全张量磁梯度频域方法
3.2.1 二维连续余弦变换时域平移定理
3.2.2 基于余弦变换的Parker正演方法
3.2.3 利用Parker方法正演全张量磁梯度公式
3.2.4 仿真实验
3.3 利用重力位场数据正演虚拟磁场方法
3.3.1 重磁位场的泊松公式
3.3.2 重力梯度数据正演虚拟磁场矢量方法
3.3.3 重力数据正演虚拟磁场全张量磁梯度频域方法
3.3.4 仿真实验
3.4 联合构图方法应用算例
3.4.1 算例1: 地磁场模型+DEM数据的地磁梯度联合构图方法验证
3.4.2 算例2: 地磁场模型+虚拟磁场数据的地磁梯度联合构图方法验证
3.5 本章小结
第4章 基于压缩感知的地磁图数据压缩方法研究
4.1 压缩感知原理
4.1.1 信号的稀疏表示
4.1.2 信号的线性测量
4.1.3 信号的重构
4.2 导航基准图数据库的数据压缩方法
4.2.1 传统数据压缩方法分析
4.2.2 基于压缩感知的数据分频压缩及重构方法
4.3 利用交替方向算法改进的压缩感知重构方法
4.3.1 结合TV正则化和l_1范数最小化的压缩感知重构模型
4.3.2 压缩感知重构模型公式转化及ALM算法
4.3.3 ADM算法求解压缩感知重构模型
4.4 仿真实验
4.5 木章小结
第5章 地磁梯度辅助定位滤波算法及磁目标探测研究
5.1 磁异常目标探测方法研究
5.1.1 基于全张量磁梯度的方向解析信号方法
5.1.2 基于余弦变换的方向解析信号导数计算方法
5.2 磁异常目标探测方法仿真分析
5.3 惯性/地磁梯度组合导航算法及磁异常目标探测方法
5.3.1 固定指北半解析式惯导系统误差数学模型
5.3.2 惯性/地磁梯度辅助导航系统状态方程和观测方程
5.3.4 基于粒子滤波的磁异常目标探测方法
5.4 仿真实验
5.4.1 算例1: 惯性/地磁梯度辅助定位仿真实验
5.4.2 算例2: 磁异常目标粒子滤波探测方法仿真实验
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Chirplet变换和压缩感知的空中颤振目标稀疏成像[J]. 徐艺萌,管桦,王国正,张群,周丽. 电讯技术. 2013(10)
[2]最新国际地磁参考场模型IGRF11研究[J]. 刘元元,王仕成,张金生,郑玉航,乔玉坤. 地震学报. 2013(01)
[3]机载地形匹配系统技术研究[J]. 张亚崇,岳亚洲,王涛,贺凯,王琳. 弹箭与制导学报. 2012(05)
[4]磁张量数据的边界识别和解释方法[J]. 马国庆,李丽丽,杜晓娟. 石油地球物理勘探. 2012(05)
[5]地球重磁位场辅助水下潜艇导航仿真研究[J]. 郑晖,王勇,王虎彪,武凛. 武汉大学学报(信息科学版). 2012(10)
[6]地球磁场异常格网（EMAG2）辅助潜艇导航仿真研究[J]. 郑晖,王勇,王虎彪. 地球物理学进展. 2012(04)
[7]IGRF-11描述的2005-2010年中国地区地磁长期变化及其误差分析[J]. 陈斌,顾左文,高金田,袁洁浩,狄传芝. 地球物理学进展. 2012(02)
[8]基于压缩感知的图像自适应编码算法[J]. 张淑芳,李凯,徐江涛,瞿广财. 天津大学学报. 2012(04)
[9]基于过完备线性预测字典的压缩感知语音重构[J]. 孙林慧,杨震,季云云,叶蕾. 仪器仪表学报. 2012(04)
[10]基于非局部相似性和交替迭代优化算法的图像压缩感知[J]. 陈书贞,李光耀,练秋生. 信号处理. 2012(02)
博士论文
[1]INS/地磁匹配组合导航系统技术研究[D]. 梁莹.哈尔滨工程大学 2010
[2]地磁导航关键技术研究[D]. 寇义民.哈尔滨工业大学 2010
[3]基于压缩感知和稀疏表示的地震数据重建与去噪[D]. 唐刚.清华大学 2010
[4]卫星导航抗干扰接收系统技术研究[D]. 王新怀.西安电子科技大学 2010
[5]水下地形导航模型求解与导航区初选策略研究[D]. 田峰敏.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3182457
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3182457.html
