[发明专利]一种基于弧形磁场传感器阵列的定位系统及其使用方法

权利要求书

1.一种基于弧形磁场传感器阵列的定位系统，其特征在于，所述定位系统包括控制器、数据传输单元以及多个磁场传感器，

所述多个磁场传感器分别通过所述数据传输单元与所述控制器数据通信；

所述数据传输单元一端与所述控制器相连，另一端分别与所述磁场传感器相连；

多个所述磁场传感器呈弧形布置，弧形布置的磁场传感器中能够形成多个三角形传感器组，所述三角形传感器组中至少包括顶角为60度、90度以及120度的三角形中的一个或多个；

多个所述磁场传感器分别进行磁场信号采集，通过不同位置处的传感器优化组合形成不同三角形传感器组，利用不同角度阵列组所获取的磁场传感器信号分别对大型目标、中型目标和小型目标进行探测和定位，

每个磁场传感器包括数据采集模块，用于进行实时采集磁场数据，并将所采集的信号传输给所述控制器，在任意采样时刻，所述控制器判断是否存在三个以上磁场传感器的磁场测量异常值大于探测阈值，若存在则判断有水中目标出现，构建三角形传感器组；

所述控制器根据所形成的三角形传感器组，基于磁场梯度张量法进行水中目标的位置和磁矩计算，得到一系列水中目标的位置和磁矩初值，并估算水中目标的大小范围和所处的位置区间，并且估算得到的水中目标的大小范围和所处的位置区间，随机生成一组水中目标的位置和磁矩值，与上述获得的一系列水中目标的位置和磁矩初值共同形成水中目标的磁场定位初始解；

并且所述控制器以磁场传感器测得的三个最大磁场测量异常值为依据，所获得的磁场定位初始解作为初代种群，采用进化优化算法进行寻优，得到当前采样时刻的水中目标的位置和磁矩参数；

到下一个采样时刻，所述控制器根据得到水中目标的位置和磁矩参数，随机生成一组水中目标的位置和磁矩值形成初代种群，采用进化优化算法进行寻优，得到当前采样时刻的水中目标的位置和磁矩参数；

最后，所述控制器判断是否存在至少三个磁场传感器的磁场测量异常值大于探测阈值，若仍然存在，则继续进行根据得到水中目标的位置和磁矩参数，随机生成一组水中目标的位置和磁矩值形成初代种群，采用进化优化算法进行寻优，得到当前采样时刻的水中目标的位置和磁矩参数，否则，判断水中目标消失，否则继续实时采集磁场数据。

2.根据权利要求1所述的基于弧形磁场传感器阵列的定位系统，其特征在于，利用梯度张量法进行水中目标的位置和磁矩计算时，对于不同顶角的阵列组采用不同的梯度计算公式进行计算。

3.根据权利要求1所述的基于弧形磁场传感器阵列的定位系统，其特征在于，所述控制器在第一次获取了精确的水中目标的磁场定位参数后，不再采用改进的梯度张量法，而是直接基于上一采样时刻获得的水中目标的位置和磁矩参数，采用进化优化算法进行局部寻优。

4.一种利用权利要求1-3中任意一项所述的基于弧形磁场传感器阵列的定位系统进行目标定位的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：所有的磁场传感器实时采集数据，在任意采样时刻，判断是否存在三个以上磁场传感器的磁场测量异常值大于探测阈值，若存在则判断有水中目标出现，执行步骤2，否则继续执行步骤1；

步骤2：根据磁场传感器的数目，将磁场传感器中满足预定条件的3个传感器设定为一个传感器阵列组，形成多个传感器阵列组，根据所形成的磁场传感器阵列组，基于磁场梯度张量法进行水中目标的位置和磁矩计算，得到一系列水中目标的位置和磁矩初值，并估算水中目标的大小范围和所处的位置区间；

步骤3：根据步骤2估算得到的水中目标的大小范围和所处的位置区间，随机生成一组水中目标的位置和磁矩值，与步骤2得到的一系列水中目标的位置和磁矩初值共同形成水中目标的磁场定位初始解；

步骤4：以磁场传感器测得的三个最大磁场测量异常值为依据，以步骤3得到的磁场定位初始解作为初代种群，采用进化优化算法进行寻优，得到当前采样时刻的水中目标的位置和磁矩参数；

步骤5：到下一个采样时刻，根据步骤4得到水中目标的位置和磁矩参数，随机生成一组水中目标的位置和磁矩值形成初代种群，采用进化优化算法进行寻优，得到当前采样时刻的水中目标的位置和磁矩参数；

步骤6：判断是否存在至少三个磁场传感器的磁场测量异常值大于探测阈值，若仍然存在，则重复步骤5，否则，判断水中目标消失，返回步骤1。

5.一种利用权利要求1所述的基于弧形磁场传感器阵列的定位系统的使用方法，其特征在于，所述方法包括：

利用磁场传感器进行实时采集磁场数据，并将所采集的信号传输给所述控制器，在任意采样时刻，通过所述控制器判断是否存在三个以上磁场传感器的磁场测量异常值大于探测阈值，若存在则判断有水中目标出现，构建三角形传感器组；

利用控制器根据所形成的三角形传感器组，基于磁场梯度张量法进行水中目标的位置和磁矩计算，得到一系列水中目标的位置和磁矩初值，并估算水中目标的大小范围和所处的位置区间，并且估算得到的水中目标的大小范围和所处的位置区间，随机生成一组水中目标的位置和磁矩值，与上述获得的一系列水中目标的位置和磁矩初值共同形成水中目标的磁场定位初始解；

利用所述控制器以磁场传感器测得的三个最大磁场测量异常值为依据，所获得的磁场定位初始解作为初代种群，采用进化优化算法进行寻优，得到当前采样时刻的水中目标的位置和磁矩参数；

到下一个采样时刻，利用所述控制器根据得到水中目标的位置和磁矩参数，随机生成一组水中目标的位置和磁矩值形成初代种群，采用进化优化算法进行寻优，得到当前采样时刻的水中目标的位置和磁矩参数；

最后，利用所述控制器判断是否存在至少三个磁场传感器的磁场测量异常值大于探测阈值，若仍然存在，则继续进行根据得到水中目标的位置和磁矩参数，随机生成一组水中目标的位置和磁矩值形成初代种群，采用进化优化算法进行寻优，得到当前采样时刻的水中目标的位置和磁矩参数，否则，判断水中目标消失，否则继续实时采集磁场数据。