[发明专利]一种海底磁传感器阵列目标定位的新方法

说明书

技术领域

本发明属于海底磁传感器阵列目标定位技术领域，尤其涉及的是一种海底磁传感器阵列目标定位的新方法。

背景技术

海洋磁目标定位是用布放于海底的磁探仪接收目标的磁场信号，通过对接收的磁场信号进行处理，解算出目标的位置、磁矩以及距离布放点的距离等参数的一种技术。磁探仪接收的目标信号是其速度、方向的函数，还是目标物理、几何特性的函数。由于目标参数多，取值连续，参数对信号的调制复杂，使一般的匹配滤波器法和非线性最小二乘法计算量较大，效率较低。

现有的一种简单的技术是将目标的远场等效为磁偶极子场，利用磁偶极子的磁场特性进行建模，将三台传感器集成后作为传感器阵列如图1所示，利用B点到A点，C点到A点的磁场的三分量的变化可以等效成A点处的磁梯度张量，再根据A点的三个分量的磁场，即可反推求得影响该传感器整列数值的距离远大于d(A到B的距离)的磁目标的位置。

现有技术中，将A点到B、C点的正向变化作为磁梯度张量的等效存在较大误差，并且磁目标在x，y方向的磁矩合成方向上存在不可避免的奇异值，其奇异值产生的误差甚至比磁目标本身距传感器阵列的距离还要大，是理论上的一个磁目标定位的方案，其实际仿真应用中，精度低，误差大，定位范围小，很难监测较宽海域。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种海底磁传感器阵列目标定位的新方法。

本发明的技术方案如下：

一种海底磁传感器阵列目标定位的新方法，其中，包括：

将磁性目标视为一个磁偶极子，在此条件下，距离磁性目标r处的磁场强度表示为公式1：

H＝[3(m·r₀)r₀-m]/(4πr³)

公式1中，m为水中磁性目标的磁矩，r＝|r|为磁性目标到测量点的距离，r₀＝r/r为沿r的单位矢量；设场点(r+r₀dr)处的磁场强度为H′，则得到公式2：

H′-H又表示为其该点的变化率，即公式3：

公式3中的行列式为磁场强度三分量(H_x，H_y，H_z)在空间3个方向(x，y，z)的变化率，称为磁梯度张量，用G表示，其有9个分量，即公式4：

由公式2-公式4等效并去微分得到公式5：

移项得公式6：

r＝-3G^-1H

公式6为磁性目标位置的表达式，已知磁场中一点的磁梯度张量和磁场强度即求出磁性目标的位置r；磁场强度通过矢量磁力仪直接测量得出，磁梯度张量通过构建磁力仪阵列等效测量得出，并求得磁目标的准确位置。所述的海底磁传感器阵列目标定位的新方法，其中，所述构建磁力仪阵列等效测量得出的具体方法：

将A点位置的磁场梯度等效成B点到D点、C点到E点的磁场的平均变化率；因此A点的磁梯度张量G_A中的5个分量写为公式7：

A点的梯度张量还需要满足散度及旋度都为0，即

则得到式8：

将式7式8代入公式4，计算出A点的磁梯度张量G_A，将其带入公式6得到磁目标位置的完全展开式公式9：

公式9中的所有参数均设置通过直接测量求得，因此通过公式9以求得磁目标的准确位置。

采用上述方案，对于传统的海底磁力仪阵列的磁性目标定位方法进行了改进，通过五点对称式放置磁力仪，纠正三点磁力仪测试时产生的计算 误差，使相同条件下的定位精度提高了一个数量级；在计算上采用了一种判别补偿方法，减小了定位目标在Y轴附近出现的奇异值，为海洋磁目标的准确定位提供了一种可靠的测试方法。

附图说明

图1为现有技术中三台传感器集成的传感器阵列。

图2为本发明磁传感器阵列。

图3为本发明实施例中去奇异值之前的定位误差分布图。

图4为本发明实施例中去奇异值之后的坐标误差分布图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1