CN109738957A - 一种磁性运动目标探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性运动目标探测方法，针对运动目标磁异信号易受空间干扰磁场的影响和不易表征的问题，本发明基于磁异常探测原理，利用高灵敏度的隧道磁电阻传感器来测量同一目标的两组矢量梯度信号，矢量梯度波形较矢量分量波形幅度变化更大，更清晰，具有更强的磁性目标信息采集能力；有效地消除了干扰磁场的影响，在磁性目标信息评判方面具有更高的可靠性；两组矢量梯度的校正对比，不仅提高了目标信息评判的准确度，而且更加容易地测量了目标的瞬时速度；超高灵敏度、高信噪比磁隧道磁电阻传感器的使用，大大提高了检测数据的有效性。

Description

一种磁性运动目标探测方法

技术领域

本发明属于电磁探测技术领域，具体涉及一种磁性运动目标探测方法。

背景技术

磁性运动目标在军事和民用领域中占有重要的地位，对其探测识别的意义重大。例如，在军事中，坦克、步兵战车、自行火炮等磁性目标机动性能好、威胁系数高，是各国重要的军事装备。利用侦察监视系统对其感知识别，并及时掌握动向是普遍的应敌措施之一，也是正确指挥决策及精确打击目标的保障；在物流交通领域，由于这些年经济的快速发展，车辆数量的飞速增长，交通堵塞、环境污染加剧、交通资源浪费等问题显得日益严重，对车辆信息的准确探测可以为建立高效可靠的智能交通管理系统提供数据支持，为有效地利用交通资源提供保障。

目前，磁性运动目标探测主要有脉冲超声检测、雷达检测、光电检测、视频检测和磁异常检测等方法，脉冲超声检测是利用回波反射原理来判断运动目标的存在，容易受周围障碍物的阻挡干扰而存在漏检和漏检；雷达检测亦存在此问题，且当目标静止或速度缓慢时，基于多普勒效应的雷达检测系统会失效；光电检测和视频检测可以测量目标的多种信息，但其检测精度受天气、光线、尘埃的影响较大；利用磁性运动目标对地磁场扰动产生磁异常信号的探测手段, 因其无源性且不易受传播介质和气象环境影响等优点成为目标识别研究的热点之一。尤其在军事中，一些隐身技术的快速发展和应用，导致军事目标的特征信号(包括电磁、红外、可见光、声、烟雾和尾迹等)被控制和降低，难以被超声、雷达、光电、视频等方法检测和识别，基于磁异常的目标探测方法显得很有优势。

目前，基于磁异常的磁性运动目标探测主要是将配置有磁传感器的探测器节点埋藏于地下，通过采集经过其上方的运动目标的磁异常矢量分量信号来对目标信息进行评判，其主要存在的问题有：传感器灵敏度不高，信噪比低，不易对磁异信号进行识别分辨，易造成漏检或误判；利用单一的磁异常矢量分量的信号表征方式容易受周围干扰磁场背景的影响，而且采集信息量少，会产生目标误判的可能，可靠性不高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种磁性运动目标探测方法，可以磁性运动目标信息探测的准确度和可靠性。

一种磁性运动目标探测方法，包括：

在设定距离的地表以下埋藏两对磁传感器；每对中的两个磁传感器沿竖直方向布置；

实时采集两对磁传感器的磁场信号，并获得每对磁传感器的矢量梯度g₁₂和 g₃₄：g₁₂＝(B₁-B₂)/H，g₃₄＝(B₃-B₄)/H；B₁和B₂分别为第一对磁传感器中两个磁传感器的磁场信号；B₃和B₃分别为第二对磁传感器中两个磁传感器的磁场信号；H表示每对磁传感器中两个磁传感器的竖直距离；

在目标检测中，通过统计g₁₂或g₃₄的波形个数获得通过的运动目标的数量；

通过将g₁₂和g₃₄的波形形状与已采集的典型梯度波形数据库的匹配获得磁性目标的类型；

通过确定g₁₂和g₃₄产生的波形时间顺序的先后，获得目标运动的方向；

通过统计g₁₂或g₃₄出现不同波形的时间间隔获得目标间的距离；

通过统计g₁₂和g₃₄出现同一波形的时间间隔Δt，获得该目标的瞬时速度 v＝L/Δt；L表示两对磁传感器之间的距离。

较佳的，所述磁传感器为隧道结磁电阻传感器。

较佳的，每对磁传感器的敏感方向重合且竖直向上。

较佳的，每对中两个磁传感器的间距H为0.3m；两对磁传感器的距离为10m。

本发明具有如下有益效果：

针对运动目标磁异信号易受空间干扰磁场的影响和不易表征的问题，本发明基于磁异常探测原理，利用高灵敏度的隧道磁电阻传感器来测量同一目标的两组矢量梯度信号，矢量梯度波形较矢量分量波形幅度变化更大，更清晰，具有更强的磁性目标信息采集能力；有效地消除了干扰磁场的影响，在磁性目标信息评判方面具有更高的可靠性；2组矢量梯度的校正对比，不仅提高了目标信息评判的准确度，而且更加容易地测量了目标的瞬时速度；超高灵敏度、高信噪比磁隧道磁电阻传感器的使用，大大提高了检测数据的有效性。

附图说明

图1为基于磁法的磁性目标检测基本原理；

图2为磁异常分量波形；

图3为本发明检测方法基本原理图。

图4为矢量梯度g₁₂的波形图；

图5为矢量梯度g₃₄的波形图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

利用磁法的运动目标检测基本原理如图1所示，在地下或者路边设置矢量磁传感器节点，磁传感器的敏感方向与路径方向正交。当无磁性目标通过时，磁传感器只是测量到周围磁场，不会产生大的波形变化；当有磁性目标通过探测节点时，磁性运动目标会扰动周围地磁场而产生磁异常，同时磁传感器就会产生类似图2的波形变化，不同结构的磁性目标产生的波形不同，通过一定的软件算法就可以对磁性目标产生的波形进行分析，从而统计出路面经过不同磁性目标的数量。

现有的基于磁法的磁性目标探测基本都是利用磁传感器的单一磁场分量变化波形来对目标信息进行评估，由于信息量单一，探测准确度往往差强人意，例如，当周围的干扰磁场存在明显时利用单一磁场分量波形将可能会出现误判或漏检，通过软件的优化并不能从根本上解决问题，反而会增加程序反应时间，影响探测系统的效率。

基于以上分析，本发明提出了利用磁场梯度检测磁性目标的方法。如图3 所示，在地下埋藏2对搭载有高灵敏度隧道结磁电阻传感器(TMR)的探测器节点，设置探测器节点1与2、3与4的敏感方向重合且竖直向上，其竖直间距和水平间距分别为H和L，一般H为0.3m左右，L为10m左右。当磁性目标以速度v依次经过探测器节点时，1、2与3、4的磁传感器依次产生电压波形，然后可计算出矢量梯度g₁₂、g₃₄(其中：g₁₂＝(B₁-B₂)/H，g₃₄＝(B₃-B₄)/H)，波形如图4-5所示。在目标检测中，通过统计梯度g₁₂的波形个数可获得通过的运动目标的数量；不同目标有各自特有的梯度波形，通过梯度波形形状与已采集的典型梯度波形数据库的匹配可获得磁性目标的类型；目标运动方向不同， g₁₂、g₃₄产生的波形时间顺序不同，通过波形出现的实现顺序可获得目标运动的方向；通过g₁₂出现不同波形的时间间隔可获得最近通过目标间的距离；通过g₁₂、 g₃₄出现同一波形的时间间隔Δt可获得该目标的瞬时速度v(v＝L/Δt)。

实施例：

探测器节点常布置于一些如军事要道、重点监视区域、交通路口等的地下，通过设置多对探测器节点进行大片区域的矢量梯度检测。探测器节点是一个独立的装置，主要由TMR、信号调理电路、模数转换电路、单片机模块、无线发射模块、电源模块组成，TMR采集到目标的磁异常电压信号后通过信号调理电路进行滤波、去噪及放大，后经模数转换电路转换为数字信号通过单片机和无线发射模块上传到周边的中继器，最后传至上位机进行信号处理，通过磁异信号处理程序获得目标数量、类型、运动方向、目标间距、目标速度等信息。

1)在地下埋入2对探测器节点，间距为L；

2)通过上位机和无线网络向各探测器发送开机指令，探测器节点开始实时采集任务；

3)当有磁性目标从上方通过时，探测器1、2率先采集到磁异常信号，接着探测器3、4采集到信号，并由数据采集系统和无线网络模块传输至上位机，绘制出矢量梯度g₁₂、g₃₄的波形，通过信号处理软件得到磁性目标的信息。

利用高灵敏度、低功耗的TMR传感器、清晰的g₁₂、g₃₄波形有效提高了现有磁性目标探测系统的识别分辨能力，减小误判漏检率；利用无线网络可较方便地建立探测网络，对大片区域进行目标信息观测；不仅在军事目标感知有重要的意义，而且在民用交通管理、工业控制等方面也有很好的兼容性。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种磁性运动目标探测方法，其特征在于，包括：

在设定距离的地表以下埋藏两对磁传感器；每对中的两个磁传感器沿竖直方向布置；

实时采集两对磁传感器的磁场信号，并获得每对磁传感器的矢量梯度g₁₂和g₃₄：g₁₂＝(B₁-B₂)/H，g₃₄＝(B₃-B₄)/H；B₁和B₂分别为第一对磁传感器中两个磁传感器的磁场信号；B₃和B₃分别为第二对磁传感器中两个磁传感器的磁场信号；H表示每对磁传感器中两个磁传感器的竖直距离；

在目标检测中，通过统计g₁₂或g₃₄的波形个数获得通过的运动目标的数量；

通过将g₁₂和g₃₄的波形形状与已采集的典型梯度波形数据库的匹配获得磁性目标的类型；

通过确定g₁₂和g₃₄产生的波形时间顺序的先后，获得目标运动的方向；

通过统计g₁₂或g₃₄出现不同波形的时间间隔获得目标间的距离；

通过统计g₁₂和g₃₄出现同一波形的时间间隔Δt，获得该目标的瞬时速度v＝L/Δt；L表示两对磁传感器之间的距离。

2.如权利要求1所述的一种磁性运动目标探测方法，其特征在于，所述磁传感器为隧道结磁电阻传感器。

3.如权利要求1所述的一种磁性运动目标探测方法，其特征在于，每对磁传感器的敏感方向重合且竖直向上。

4.如权利要求1所述的一种磁性运动目标探测方法，其特征在于，每对中两个磁传感器的间距H为0.3m；两对磁传感器的距离为10m。