CN111060972A - 一种基于异构平台的磁探测系统目标定位方法 - Google Patents

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王春娥
万双爱
王同雷
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Abstract

本发明公开了一种基于异构平台的磁探测系统目标定位方法，基于飞行器及磁浮标构建空中、水面异构平台，搭载磁强计作为磁场测量单元，以实现水下目标磁信号的高效识别与高精度定位。本发明的有益效果在于：本发明将磁探测系统磁目标定位方法由传统的单一飞行器探测方式，改进为飞行器与磁浮标组网探测方式，可以大幅提高磁探测效率及定位精度，并实现实时定位能力。

Description

一种基于异构平台的磁探测系统目标定位方法
技术领域
本发明属于一种基于异构平台的磁探测系统目标定位方法，具体涉及一种基于多飞行器及磁浮标组网的磁目标识别方法。
背景技术
地磁场一般随时间、空间发生有规律的缓慢变化，当有磁性物质存在时，该物质本身所具有的磁场、在地磁场下感应的磁场均会叠加于地磁场上，使地磁场在一定区域内出现异常。地球陆地及海洋中蕴藏有大量金属矿产，水下军事装备如潜艇、水雷等主要由金属材料构成，其中的磁性物质均会导致周围地磁场出现异常。因此，通过检测与识别地磁场异常信息，实现磁性物质的探测与识别，在资源勘探、水下目标探测等领域应用广泛，是国民经济发展与国防建设亟需提升的关键核心技术。
目前，磁探测系统进行水下磁目标的探测、识别与定位，一般均采用飞行器作为载体进行飞行探测。由于磁目标信号的空间分布呈现峰谷变换特征，当采用一架飞行器进行探测时，往往需要在磁目标上方区域往复多次飞行，直至飞越磁目标顶部，才可实现对磁异常信号的探测、识别与定位。利用该方法进行探测，存在探测时间长、探测效率低、运动目标易丢失等缺陷。因此，传统磁探测系统磁目标识别方法存在定位效率低、定位精度差等缺陷，限制了其在国民经济发展与国防建设领域的相关应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于异构平台的磁探测系统目标定位方法，它能够克服现有磁目标定位方法的不足。
本发明的技术方案如下：一种基于异构平台的磁探测系统目标定位方法，基于飞行器及磁浮标构建空中、水面异构平台，搭载磁强计作为磁场测量单元，以实现水下目标磁信号的高效识别与高精度定位。
所述空中、水面异构平台中飞行器数量为1架或1架以上，磁浮标数量为1个或1个以上。
在飞行器飞行搜寻磁目标过程中，磁浮标放置于飞行器内，当飞行器到达疑似目标附近时，由飞行器舱内释放磁浮标，飞行器继续飞行探测，根据飞行器以及磁浮标探测到的磁信号进行信息融合及处理，实时高精度获取磁目标位置等信息。
所述的飞行器为2架。
所述的飞行器每架飞行器各携带1枚磁浮标。
它还包括如下步骤，
1)飞行器飞行探测地磁场，当探测到磁异常信号或到达疑似目标附近时，抛撒磁浮标，分别进行磁场强度测量，得到2架飞行器飞行过程中不同时间点的磁场测量值[Bcp1(ti),Bcp2(ti)]，磁浮标不同时间点的磁场测量值[Bcp3(ti),Bcp4(ti)]；
2)结合2架飞行器的位置姿态信息，以及2枚磁浮标的位置状态信息，对各磁场强度测量值[Bcp1(ti),Bcp2(ti)]以及[Bcp3(ti),Bcp4(ti)]进行滤波、去线性化等磁补偿处理，滤除载体磁干扰及环境磁干扰带来的影响，得到飞行器以及磁浮标在任一时刻i的磁异常信号测量结果[Bc1(ti),Bc2(ti),Bc3(ti),Bc4(ti)]；
3)确定磁目标磁矩和磁目标相对第1架飞行器的位置。
所述的步骤3)包括如下步骤，
a)建立第1架飞行器探测到的磁场强度计算模型
根据磁偶极子磁场模型，可建立第1架飞行器处的磁场强度计算模型为
Figure BDA0001831853280000021
其中，
Figure BDA0001831853280000022
为磁目标磁矩，
Figure BDA0001831853280000023
为磁目标相对第1架飞行器的位置；
b)建立第2架飞行器以及磁浮标探测到的磁场强度计算模型
假设第2架飞行器与第1架飞行器的位置差为
Figure BDA0001831853280000024
两枚磁浮标与第1架飞行器的位置差分别为
Figure BDA0001831853280000025
则第2架飞行器以及磁浮标处的磁场强度计算模型可分别表示为
Figure BDA0001831853280000031
其中，μ0＝4π×10-7，为空气磁导率，
c)根据步骤2)的测量结果以及步骤3)中b)的计算结果，建立目标优化模型，优化目标
min f＝[(Bc1(ti)-B1(ti))2+(Bc2(ti)-B2(ti))2+(Bc3(ti)-B3(ti))2+(Bc4(ti)-B4(ti))2]变量为
Figure BDA0001831853280000032
和
Figure BDA0001831853280000033
进行优化计算，得到最优变量，则可获得磁异常目标磁矩
Figure BDA0001831853280000034
和位置
Figure BDA0001831853280000035
分布情况。
本发明的有益效果在于：本发明将磁探测系统磁目标定位方法由传统的单一飞行器探测方式，改进为飞行器与磁浮标组网探测方式，可以大幅提高磁探测效率及定位精度，并实现实时定位能力。
附图说明
图1为飞行器与磁浮标组网探测示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一种基于异构平台的磁探测系统目标定位方法，基于飞行器及磁浮标构建空中、水面异构平台，搭载磁强计作为磁场测量单元，以实现水下目标磁信号的高效识别与高精度定位；
所采用空中、水面异构平台中飞行器数量为1架或1架以上，磁浮标数量为1个或1个以上；
在飞行器飞行搜寻磁目标过程中，磁浮标放置于飞行器舱内，当飞行器发现磁异常信号时，由飞行器舱内释放磁浮标，飞行器继续飞行探测，根据飞行器以及磁浮标探测到的磁信号进行信息融合及处理，获取磁目标磁矩及位置等信息。
如图1所示，本发明基于飞行器及磁浮标构建空中、水面异构平台，搭载磁强计作为磁场测量单元，以实现磁异常信号的高效识别与高精度定位；
所采用空中、水面异构平台中飞行器数量为1架或1架以上，磁浮标数量为1个或1个以上；
在飞行器飞行搜寻磁目标过程中，磁浮标放置于飞行器舱内，当飞行器发现磁异常信号时，由飞行器舱内释放磁浮标，飞行器继续飞行探测，根据飞行器以及磁浮标探测到的磁信号进行信息融合及处理，获取磁目标位置等信息；
基于以上硬件要求及方法，以2架飞行器各携带1枚磁浮标为例，本发明进行磁目标探测识别定位过程为：
1)飞行器飞行探测地磁场，当探测到磁异常信号或到达疑似目标附近时，抛撒磁浮标，分别进行磁场强度测量，得到2架飞行器飞行过程中不同时间点的磁场测量值[Bcp1(ti),Bcp2(ti)]，磁浮标不同时间点的磁场测量值[Bcp3(ti),Bcp4(ti)]；
2)结合2架飞行器的位置姿态信息，以及2枚磁浮标的位置状态信息，对各磁场强度测量值[Bcp1(ti),Bcp2(ti)]以及[Bcp3(ti),Bcp4(ti)]进行滤波、去线性化等磁补偿处理，滤除载体磁干扰及环境磁干扰带来的影响，得到飞行器以及磁浮标在任一时刻i的磁异常信号测量结果[Bc1(ti),Bc2(ti),Bc3(ti),Bc4(ti)]；
3)确定磁目标磁矩和磁目标相对第1架飞行器的位置
a)建立第1架飞行器探测到的磁场强度计算模型
根据磁偶极子磁场模型，可建立第1架飞行器处的磁场强度计算模型为
Figure BDA0001831853280000041
其中，
Figure BDA0001831853280000042
为磁目标磁矩，
Figure BDA0001831853280000043
为磁目标相对第1架飞行器的位置
b)建立第2架飞行器以及磁浮标探测到的磁场强度计算模型
假设第2架飞行器与第1架飞行器的位置差为
Figure BDA0001831853280000051
两枚磁浮标与第1架飞行器的位置差分别为
Figure BDA0001831853280000052
则第2架飞行器以及磁浮标处的磁场强度计算模型可分别表示为
Figure BDA0001831853280000053
其中，μ0＝4π×10-7，为空气磁导率
c)根据步骤2)的测量结果以及步骤3)中b)的计算结果，建立目标优化模型，优化目标
min f＝[(Bc1(ti)-B1(ti))2+(Bc2(ti)-B2(ti))2+(Bc3(ti)-B3(ti))2+(Bc4(ti)-B4(ti))2]变量为
Figure BDA0001831853280000054
和
Figure BDA0001831853280000055
进行优化计算，得到最优变量，则可获得磁异常目标磁矩
Figure BDA0001831853280000056
和位置
Figure BDA0001831853280000057
分布情况。

Claims (7)

1.一种基于异构平台的磁探测系统目标定位方法，其特征在于：基于飞行器及磁浮标构建空中、水面异构平台，搭载磁强计作为磁场测量单元，以实现水下目标磁信号的高效识别与高精度定位。
2.如权利要求1所述的一种基于异构平台的磁探测系统目标定位方法，其特征在于：所述空中、水面异构平台中飞行器数量为1架或1架以上，磁浮标数量为1个或1个以上。
3.如权利要求1及2所述的一种基于异构平台的磁探测系统目标定位方法，其特征在于：在飞行器飞行搜寻磁目标过程中，磁浮标放置于飞行器内，当飞行器到达疑似目标附近时，由飞行器舱内释放磁浮标，飞行器继续飞行探测，根据飞行器以及磁浮标探测到的磁信号进行信息融合及处理，实时高精度获取磁目标位置等信息。
4.如权利要求1至3所述的一种基于异构平台的磁探测系统目标定位方法，其特征在于：所述的飞行器为2架。
5.如权利要求1至3所述的一种基于异构平台的磁探测系统目标定位方法，其特征在于：所述的飞行器每架飞行器各携带1枚磁浮标。
6.如权利要求4或5所述的一种基于异构平台的磁探测系统目标定位方法，其特征在于：它还包括如下步骤，
1)飞行器飞行探测地磁场，当探测到磁异常信号或到达疑似目标附近时，抛撒磁浮标，分别进行磁场强度测量，得到2架飞行器飞行过程中不同时间点的磁场测量值[Bcp1(ti),Bcp2(ti)]，磁浮标不同时间点的磁场测量值[Bcp3(ti),Bcp4(ti)]；
2)结合2架飞行器的位置姿态信息，以及2枚磁浮标的位置状态信息，对各磁场强度测量值[Bcp1(ti),Bcp2(ti)]以及[Bcp3(ti),Bcp4(ti)]进行滤波、去线性化等磁补偿处理，滤除载体磁干扰及环境磁干扰带来的影响，得到飞行器以及磁浮标在任一时刻i的磁异常信号测量结果[Bc1(ti),Bc2(ti),Bc3(ti),Bc4(ti)]；
3)确定磁目标磁矩和磁目标相对第1架飞行器的位置。
7.如权利要求6所述的一种基于异构平台的磁探测系统目标定位方法，其特征在于：所述的步骤3)包括如下步骤，
a)建立第1架飞行器探测到的磁场强度计算模型
根据磁偶极子磁场模型，可建立第1架飞行器处的磁场强度计算模型为
Figure FDA0001831853270000021
其中，
Figure FDA0001831853270000022
为磁目标磁矩，
Figure FDA0001831853270000023
为磁目标相对第1架飞行器的位置；
b)建立第2架飞行器以及磁浮标探测到的磁场强度计算模型
假设第2架飞行器与第1架飞行器的位置差为
Figure FDA0001831853270000024
两枚磁浮标与第1架飞行器的位置差分别为
Figure FDA0001831853270000025
则第2架飞行器以及磁浮标处的磁场强度计算模型可分别表示为
Figure FDA0001831853270000026
其中，μ0＝4π×10-7，为空气磁导率，
c)根据步骤2)的测量结果以及步骤3)中b)的计算结果，建立目标优化模型，优化目标
minf＝[(Bc1(ti)-B1(ti))2+(Bc2(ti)-B2(ti))2+(Bc3(ti)-B3(ti))2+(Bc4(ti)-B4(ti))2]变量为
Figure FDA0001831853270000027
和
Figure FDA0001831853270000028
进行优化计算，得到最优变量，则可获得磁异常目标磁矩
Figure FDA0001831853270000029
和位置
Figure FDA00018318532700000210
分布情况。
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