磁力计3轴不共点对水下磁定位精度的影响

水下磁异常定位新算法是将水下地磁异常等效为一个偶极子磁性目标,由测得的目标磁场大小及梯度确定水下载体相对于目标的位置,再运用同时定位与构图算法实现载体定位的方法.根据10磁力计测量目标磁场大小及梯度的计算公式,分析了水下磁定位异常算法中目标磁场大小、梯度及载体定位等固有误差,理论分析与数值仿真给出了其与测量基线长LX间的关系,分析和仿真结果均表明此固有误差与LX的平方成正比,当LX趋于零时可忽略.σ1及σ2是描述实际磁力计3个轴线不共点的参数,给出了10磁力计的2种放置方式,理论分析和数值仿真了目标磁场大小、梯度及载体定位误差与σ1和σ2的关系,分析和仿真结果均表明在第2种放置方式下误差比较小,与固有误差相当,载体定位精确;而在第1种放置方式下,误差较大.因此,在水下磁异常定位中应选用10磁力计的第2种放置方式.     

磁场梯度张量定位中的矢量磁力计最简配置

基于载体潜深/地磁异常水下定位方法,分析了地磁异常磁场梯度张量的特点,得出矢量磁力计的最简配置为7单轴.分析了7磁力计测量磁场梯度的必备条件和最优测量矩阵,提出了一种安装于立方体顶点的7磁力计配置.数值仿真给出了磁场梯度与载体定位相对误差同立方体边长间的关系,结果表明这些误差随边长加大而快速增长.在分析磁场梯度误差形成原因的基础上,指出精确测量磁场梯度张量须采用10单轴配置,仿真结果表明在10单轴配置方式中磁场梯度和定位误差都很小.     

基于FLANN的磁通门总场梯度计误差校正

针对磁通门磁力计轴间非正交、对应轴指向偏差、灵敏度不一致及零点漂移所引起的误差会降低总场梯度计的测量精度问题,建立了磁通门总场梯度计的测量误差模型,提出了一种基于函数链接型神经网络(FLANN)的总场梯度计误差校正方法,将2个磁场力计实际输出分别通过校正模型以构成理想的2个三轴磁力计,使输出与待测量一致.数值仿真及实验测试均证明了校正方法具有良好的收敛性,能显著地抑制总场梯度测量误差.     

基于磁矩信息的水下地磁连续定位算法

针对地磁场背景中偶极子目标磁场大小难以获得的问题，提出了载体潜深辅助地磁定位方法，通过2次测量潜深及磁场梯度计算载体相对目标的垂向位置，但若想连续定位须载体不断垂向移动. 为解决这一不足，提出利用目标磁矩信息实现水下地磁连续定位，由已知磁矩和磁场梯度组成关于位置的非线性方程组，解算载体位置. 给出了连续定位算法的具体步骤. 数值仿真结果表明，该方法能实现水下连续定位，且具有较高精度.     

基于磁传感器阵列的磁性目标跟踪方法

针对基于磁矢量测量的磁性目标跟踪具有高度非线性且无法得到解析最优解的问题,提出了基于磁传感器阵列的磁性目标跟踪方法.该方法首先利用设计的磁传感器阵列测量磁性目标产生的磁梯度张量信息进行目标方位的单点估计,然后联合磁标量、磁梯度张量各分量及张量矩阵的特征值实现了磁性目标位置和磁矩的单点估计,在连续的单点定位基础上完成了磁性目标运动速度的估计和运动轨迹的实时跟踪.最后利用磁通门传感器搭建了传感器阵列,进行了小型磁性目标的跟踪实验,实验结果表明该连续单点定位方法具有较好的目标实时跟踪能力.     

引入载体潜深信息的水下磁场定位方法

分析了混合于地磁场的偶极子目标磁场难以分离,致使水下磁场定位方法存在目标磁场模值不易获得的难题,提出了基于2次测量载体潜深实现定位的方法,利用潜深直接获取载体相对于目标的垂向距离,理论推导和数值仿真结果表明该方法原则上具有较高的定位精度.分析了潜深及磁场梯度误差对定位精度的影响及定位误差同2次潜深差的关系;讨论了单次测...     

滑坡深层位移磁定位测量方法研究

为解决滑坡深部监测孔因滑坡深部滑移剪断而失效的问题,将永磁体埋置于滑带以下,滑带以上安装磁传感器测量滑体相对位移.为了消除地磁以及环境磁场的影响,该磁定位方法以差分方式测量目标磁极周围磁场梯度并解算磁极空间位置.假设目标磁极为磁偶极子,推导了磁场梯度与空间位置的关系式.室内试验模拟了监测孔中磁极和磁传感器的空间关系,通过移动磁极模拟滑坡移动.试验数据表明如果监测孔中磁极与磁传感器距离为1.5m,磁极垂直于钻孔移动,在0～1.0m位移范围内分辨精度小于±2mm,在1.0～1.5m范围内分辨精度小于±5mm.从而解决了常用钻孔倾斜仪监测时当变形较大时不能监测的难题.     

全磁传感器弹体定姿布阵与半实物仿真

针对三轴磁传感器无法求解弹体3个姿态角这一问题,改进了磁传感器的布阵方式,设计了全磁传感器组合的旋转弹体姿态测量方案。建立了磁传感器组合的数学模型,根据2个非正交安装的磁传感器输出的极值比值,采取在偏航角范围内列表的方法来求解俯仰角,根据正交的三轴磁传感器求解偏航角。通过三轴无磁转台对测量系统进行了半实物仿真实验,并对姿态角进行了解算。实验结果表明,姿态角误差基本控制在1°,而采用十二位置不对北算法对罗差进行补偿后,可得出正确的载体偏航角。     

海底布放磁传感器的磁定位方法的模拟实验研究

对基于磁场分量的定位方法和磁梯度定位方法进行了模拟实验研究.结果表明，磁定位方法为海底布放磁传感器定位是可行的，在测量条件一般的情况下，基于磁场分量的定位方法精度较高.分析了应用磁定位方法为海底磁传感器定位的工程实现条件，为实际中海底布放磁传感器的定位工作提供了一种思路.
     

水下地磁异常反演中位置磁矩联合迭代算法

针对磁测误差严重影响水下地磁定位精度的问题,考察了高斯磁测噪声下一元六次方程各系数的均值与方差,分析了方程系数的统计特性.为实现精确反演定位,提出并描述了一种位置磁矩联合迭代修正算法,给出了算法具体步骤.数值仿真结果表明:迭代算法能抑制磁场模值及梯度误差,显著提高水下定位及目标磁矩解算的精度.     

一种基于GMI传感器的载体运动速度检测方法

基于GMI效应磁传感器的高灵敏度、高响应度,提出了一种磁传感器载体运动速度检测算法. 通过在载体上以一定距离安装两个GMI传感器对磁性目标探测,根据探测得到的磁性变化曲线,运用间接互相关算法求得曲线的对应时间差,从而得到载体的运动速度. 通过实验验证,本方法的速度误差可以控制在10%以内,且对数10m/s数量级的载体速度满足其实时性要求.      

基于磁传感器组合的高旋弹横滚角测量方法

针对三轴磁传感器与加速度计组合对于弹体的姿态测量存在难以消除或补偿掉有害加速度的问题,设计了一种磁传感器组合的布阵方式.两磁传感器成一定角度安装,并根据传感器布阵方式提出了两种新的解算方法,即零交叉法和极值比值法,使之适用于有线加速度的载体.推导了磁场在磁传感器敏感轴方向上的数学表达式,论证了两种解算方法并进行了数值仿真,在此基础上比较了两种方法,并分析了其误差产生的原因.结果表明:两种方法均适用于高转速弹体横滚姿态和转速的测量;与零交叉法相比,极值比值法获得的姿态角信息多且是单值的,解算的姿态角更为准确且误差衰减较快,优于零交叉法.     

传感器位置浮动情况下的水下TDOA定位算法

针对水下声源定位中传感器位置存在不确定性的问题,提出了一种基于两阶段加权最小二乘算法的水下目标定位算法.首先,当传感器位置浮动时,利用获取的到达时间差数据,将测量值噪声和传感器位置误差构造加权系数矩阵,通过加权最小二乘算法估计目标位置;然后,通过引入目标定位误差构造定位方程;最后,用求解的目标定位误差调节上个阶段估计的目标位置.仿真结果表明:在传感器位置噪声较小情况下,本文算法具有较好的定位精度.     

基于海洋磁异常特征的目标定位理论和方法

在世界磁场模型WMM2005的基础上,建立了海洋磁场的数值计算模型,根据水下目标磁场的远场分布特征,建立了目标磁场分布的定位模型。在此基础上提出了水下目标磁异常定位方法。仿真实验证明,该定位方法完全可以满足水下目标精确定位的要求。     

亥姆霍兹线圈磁场均匀性的研究

为了探究亥姆霍兹线圈空间磁场均匀区域的大小、形状及范围,利用FD-HM-I型亥姆霍兹磁场测定仪及其所配备的高灵敏度毫特斯拉计传感器探头,探测了亥姆霍兹线圈轴截面上有限元磁场的大小,以两线圈中心连线的中点为坐标原点,建立坐标系,根据线圈的对称性,得到了亥姆霍兹线圈空间磁场均匀区域的大小、形状及范围.由于毫特斯拉计传感器探头的体积小、分辨率高,因此,该传感器适用于物理实验中弱磁场的测量,用它探测磁场准确度较高,误差较小。     

三维磁定位监测直线位移的试验研究

随着弱磁测量技术的发展和硬件成本的降低,采用弱磁测量对岩土体内部变形进行磁定位测量的方法也逐渐成为可能.试验中以永磁体为磁源目标,采用三维磁强传感器测量磁源所产生的局部静磁场,根据推导出的磁极位移与磁场强度值之间的理论关系表达式解算磁极位移变化值,并采用磁极直线位移试验验证弱磁测量磁定位技术监测岩土体直线位移的可行性.最后选取了6个点进行误差分析,结果证明了三维磁定位技术的可行性.其定位精度在毫米级,可满足多数岩土体内部变形监测的要求.     

载体平动条件下的磁梯度张量定位方法

针对现有磁场梯度张量定位方法存在的问题,提出载体平动条件下的磁场梯度张量定位方法.用目标磁矩替换目标的磁场值,通过2点的张量测量,构建关于位置参量的非线性定位方程组,通过遗传算法对方程未知数进行优化,解算得到位置参数.仿真结果证明:载体平动条件下的张量定位方法有效克服了现有张量定位算法的不足,定位精度高,可以在地磁背景环境下对隐蔽目标进行定位.     

一种混合算法下单个磁通门定位运动磁性目标研究

运动磁性目标定位可归结为一类非线性规划问题的求解.针对其目标函数计算过程极为烦琐,不利于磁性目标实时定位的特点,提出了一种混合算法:首先利用粒子群优化算法获得初略解,再利用高斯-牛顿算法进行精确求解,在不知道目标初始位置的情况下,利用单个磁通门磁传感器采集的磁场数据准确快速地实现了目标的定位.理论仿真和汽车实验,验证了算法的合理性和可行性,为工程中磁性目标的检测与定位提供了新思路.     

应用铁磁共振法测量易(111)面YIG磁膜的K_1,K_u和γ

本文全面地分析了用铁磁共振法测量易(111)YIG(钇铁石榴石)磁性薄膜的立方磁晶各向异性常数K_1、单轴各向异性常数K_u以及旋磁比γ的理论公式,从而找到了将静磁场H加在YIG薄膜的((?)10)面上的测量及计算程序的简便方案.文中指出,在[11(?)]轴上,外加静磁场H和磁化强度M方向是不一致的,文中还给出了易(111)面YIG磁性薄膜K_1,H_u和γ的测量结果.     

基于磁性标签石块的桥墩局部冲刷监测方法

针对桥墩局部冲刷监测存在服役环境恶劣、传感器需粗放式布设等特点,提出基于磁性标签石块的桥墩局部冲刷监测方法。桥墩局部冲刷监测系统,包括磁性标签石块和磁力梯度仪。磁性标签石块采用磁性标签浇筑成混凝土石块,通过运动自由度缩减的方式,避免了基于优化搜索的磁场梯度反演中的非线性和不适定性的问题,采用磁场梯度反演磁性标签石块的三维运动,实现桥墩局部冲刷的动态监测。在磁性标签石块的模拟定位试验中,最大误差为0.2m,最大相对误差为5%,满足桥墩局部冲刷监测的要求。磁场梯度、磁场梯度张量不变量及张量的模量均与冲刷位移场高度相关,可直接用于冲刷监测的早期预警。