本發(fā)明涉及磁目標定位，特別是涉及一種解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法。

背景技術：

1、由于磁性物體會產生磁場，影響環(huán)境磁場的分布，因此通過磁傳感器測量環(huán)境磁場并進行分析，可以對磁性目標進行位置反演。磁探測技術以其效率高、成本低等優(yōu)點在很多場合得到了廣泛的應用。對于一些特殊場景，如磁性礦產資源的勘探，地下和水下未爆彈藥的探測，以及醫(yī)學上人體內部小范圍的精確定位等，磁目標定位技術由于其被動探測的特點而顯現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。

2、通常將磁傳感器安裝在無人機，航測飛機等運動平臺上進行磁目標定位，以提高定位效率。目前的磁性目標探測技術主要有標量磁目標定位技術和張量磁目標定位技術，但這兩種方法均存在不同程度的缺點：

3、1、無法準確獲得地磁場大小，標量磁目標定位技術定位精度有限

4、標量磁目標定位技術將磁性目標產生的磁異常場在地磁場方向下的投影近似為磁性目標產生的磁異常信號。已知測量點地磁場大小后，通過多個測量點處的不同磁異常大小解算出磁目標的磁矩，位置信息。通常利用國際地磁參考場模型得到當?shù)氐牡卮艌龃笮?，但地磁場在時刻變化，并且受極端情況如地磁暴的影響，會導致標量磁目標定位技術的應用環(huán)境有限，定位精度較差。

5、2、張量磁目標定位技術定位精度受機動平臺姿態(tài)角度測量精度的影響

6、在探測過程中，載體由于環(huán)境影響或轉向等會有姿態(tài)角度的變化，導致張量磁目標定位技術的定位結果偏離地球坐標系，需要進行載體姿態(tài)角度的測量并進行定位結果的坐標轉換。但由于存在姿態(tài)角度測量誤差，張量磁目標定位技術的定位結果無法準確轉換到地球坐標系。

7、3、兩種方法均無法進行多個磁性目標數(shù)目的識別和定位

8、無論是標量磁目標定位技術還是張量磁目標定位技術都是基于單個磁偶極子的模型，將單目標近似為一個磁偶極子進行定位，若探測區(qū)域內存在其他磁性目標或干擾磁體，則環(huán)境的磁異常場分布與單個磁偶極子的磁異常場分布差別較大，但標量磁目標定位技術和張量磁目標定位技術仍將所有磁性目標近似為一個磁偶極子進行定位，不僅無法識別探測區(qū)域內所有磁性目標的數(shù)目，而且無法對各個磁性目標進行準確定位。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法，以解決標量磁目標定位技術和張量磁目標定位技術存在的無法準確獲得地磁場大小、定位精度受載體姿態(tài)角度影響以及不能識別和定位多個磁性目標等問題。

2、一種解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法，所述解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法包括以下步驟：

3、s1、多測線進行平面的磁場數(shù)據(jù)測量并篩選出各個磁目標對應的有效測量點集；

4、s2、每個磁目標分別建立定位方程組，計算其在地球坐標系下的坐標。

5、進一步的，在s1中，包括以下步驟：

6、s11、將磁傳感器陣列固定安裝在作為機動平臺的航測飛機機尾或者無人機下方；

7、s12、規(guī)劃機動平臺在探測區(qū)域平面的運動方式；

8、s13、機動平臺按照規(guī)劃好的路徑運動，在每個測量點采集磁場數(shù)據(jù)。然后對采集到的測量數(shù)據(jù)進行計算和處理，得到磁梯度張量不變量的平面分布；

9、s14、如果存在多個磁目標，則會出現(xiàn)多個極大值點，所述多個極大值點的數(shù)量即磁性目標的數(shù)目，從而準確識別探測區(qū)域內磁目標的數(shù)量；

10、s15、篩選有效測量點集針對每個磁目標，以其對應的極大值點為中心，分別向x軸和y軸的正負方向各選取m個測量點，從而構成一個包含n＝(2m+1)2個點的有效測量點集，m為整數(shù)。

11、進一步的，在s12中，包括以下步驟：所述機動平臺在探測區(qū)域平面采用多條平行測線的運動方式，測線與x軸平行，測線長度為l米，測線間隔d米，且d不大于測線長度l的10％，每條測線上測量點間隔為δ米，δ不大于測線長度l的10％。

12、進一步的，在s13中，在進行磁場數(shù)據(jù)測量時，機動平臺在規(guī)劃好的測線上穩(wěn)定運動時姿態(tài)角度變化最大為10°。

13、進一步的，在s2中，包括以下步驟：

14、s21、針對每個磁目標對應的有效測量點集，在第i個有效測量點處，運用張量磁目標定位技術獲取到其中一個磁目標的距離估計值ri，其中，1≤i≤n；

15、s22、明確在每個有效測量點處，機動平臺在地球坐標系下的坐標(xi,yi,zi)；

16、s23、設當前磁目標在地球坐標系下的坐標為(x0,y0,z0)；

17、s24、根據(jù)距離估計值ri、機動平臺坐標(xi,yi,zi)以及當前磁目標待求解坐標(x0,y0,z0)之間的關系，建立目標函數(shù)：

18、

19、s25、通過優(yōu)化方法求解計算出當前磁目標在地球坐標系下的位置坐標；

20、s26、對其他磁目標重復s21-s25的操作，從而實現(xiàn)所有磁目標在地球坐標系下的準確定位。

21、進一步的，在s21中，所述張量磁目標定位技術采用star法獲取距離估計值ri。

22、進一步的，在s25中，所述優(yōu)化方法為levenberg-marquardt法，收斂誤差設置為0.01m。

23、一種存儲介質，該存儲介質上儲存有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述的一種解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法。

24、一種計算機設備，包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序，以實現(xiàn)上述的一種解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法。

25、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果包括以下幾個方面：

26、(1)標量磁目標定位技術和張量磁目標定位技術都無法對多個磁源進行數(shù)目識別和準確定位。針對這一問題，提出先通過多測線測量計算出平面的磁梯度張量不變量分布，通過極大值點識別出磁源的數(shù)目，并以各個極大值點為中心，篩選出各個磁目標對應的有效測量點集，并依據(jù)磁目標到有效測量點的距離估計值建立定位方程組，對多個磁目標分別進行定位。當探測區(qū)域內有5個磁目標時，本發(fā)明對磁目標數(shù)目的識別成功率為100％，并且最大的定位誤差為0.1133m，可以對多個磁目標實現(xiàn)有效識別和區(qū)分。

27、(2)由于磁梯度張量不變量的值不受載體姿態(tài)角度的影響，并且磁目標到有效測量點的距離估計值的求解也與載體姿態(tài)角度大小無關，因此整個定位過程不需要與載體姿態(tài)角度數(shù)據(jù)結合，使得磁目標定位過程與張量磁目標定位技術相比更加簡單。

技術特征：

1.一種解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法，其特征在于，所述解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法，其特征在于，在s1中，包括以下步驟：

3.根據(jù)權利要求2所述的一種解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法，其特征在于，在s12中，包括以下步驟：所述機動平臺在探測區(qū)域平面采用多條平行測線的運動方式，測線與x軸平行，測線長度為l米，測線間隔d米，且d不大于測線長度l的10％，每條測線上測量點間隔為δ米，δ不大于測線長度l的10％。

4.根據(jù)權利要求2所述的一種解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法，其特征在于，在s13中，在進行磁場數(shù)據(jù)測量時，機動平臺在規(guī)劃好的測線上穩(wěn)定運動時姿態(tài)角度變化最大為10°。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法，其特征在于，在s2中，包括以下步驟：

6.根據(jù)權利要求5所述的一種解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法，其特征在于，在s21中，所述張量磁目標定位技術采用star法獲取距離估計值ri。

7.根據(jù)權利要求5所述的一種解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法，其特征在于，在s25中，所述優(yōu)化方法為levenberg-marquardt法，收斂誤差設置為0.01m。

8.一種存儲介質，該存儲介質上儲存有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權利要求1-7任一項所述的一種解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法。

9.一種計算機設備，其特征在于，包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序，以實現(xiàn)權利要求1-7任一項所述的一種解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法。

技術總結
本發(fā)明公開了一種解耦載體姿態(tài)的多磁目標定位方法，屬于磁目標定位技術領域，解決了傳統(tǒng)磁目標定位技術存在的受地磁場大小影響、定位精度受載體姿態(tài)角度干擾以及難以識別和定位多個磁性目標的問題。包括：S1、多測線進行平面的磁場數(shù)據(jù)測量并篩選出各個磁目標對應的有效測量點集；S2、每個磁目標分別建立定位方程組，計算其在地球坐標系下的坐標。本發(fā)明的解耦載體姿態(tài)多磁目標定位方法，克服傳統(tǒng)定位受地磁場、載體姿態(tài)影響的問題，能精準識別并定位多磁目標。

技術研發(fā)人員：張欲曉,李立毅,潘東華,林生鑫,金銀錫,李君忠
受保護的技術使用者：哈爾濱工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/8