[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有效

专利信息
申请号: 201811582541.4 申请日: 2018-12-24
公开(公告)号: CN109579828B 公开(公告)日: 2022-06-21
发明(设计)人: 杨勇;王建勋;杨文铁;左超;张国友;余定峰;徐林;杨帅;肖涵琛;郑攀峰;王作帅;周诗颖;周彤;孙瑜;陈志伟 申请(专利权)人: 中国船舶重工集团公司第七一九研究所
主分类号: G01C21/00 分类号: G01C21/00;G01V3/08
代理公司: 北京律谱知识产权代理有限公司 11457 代理人: 黄云铎
地址: 430205 湖北省武汉*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 弧形 磁场 传感器 阵列 定位 系统 及其 使用方法
【说明书】:

发明涉及一种基于弧形磁场传感器阵列的定位系统及其使用方法。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;多个所述磁场传感器呈弧形布置。本发明适用于水下安全探测领域,在不需要设置大量磁场传感器的情形下即可兼顾实现各种类型目标的探测和定位,算法适应性好,效费比高。

技术领域

本发明涉及水中目标探测技术领域,尤其涉及利用水中目标磁性特征对其进行探测和定位的系统及其使用方法。

背景技术

在水下,可通过水中目标的声场、电磁场和光学等特征进行探测和定位,实现水下安全警戒。对于大多数水中目标来说,因其由金属制造,本身带有固定磁场,同时在地磁场作用下会产生感应磁场,利用其磁场特征信号可以实现探测和定位。

目前,磁性目标定位算法有梯度张量法和各类状态估计算法,要求传感器布置位置根据不同大小磁性目标进行分别设定。对于各类状态估计算法来说,还需要满足磁性目标的初步大小和位置已知的前提。对于水中目标来说,在采用单一模式的阵列式布置下,利用传统方法难以兼顾各种类型大小目标的探测和定位。

发明内容

本发明的目的在于克服现有磁性目标探测和定位方法要求数目繁多的磁场传感器,同时难以兼顾各种类型大小目标探测要求的缺点,提出了一种基于弧形阵列的磁性目标探测和定位系统及其使用方法。本发明所需的传感器数量少,并可通过不同传感器的组合分别实现大型目标、中型目标和小型目标的探测和定位,算法适应性好,同时能满足精度要求,基于该方法搭建的系统结构精简,效费比高。

本发明的具体技术方案是提供了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(30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。

优选地,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。

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