[发明专利]一种微弱磁异常目标检测及定位方法

说明书

本发明公开了一种微弱磁异常目标检测及定位方法，其包括：设定无人机搜索编队队形；利用快速收敛小波神经网络算法对采集到的原始信号进行去噪；利用信噪比匹配方法得到特征时间，结合正交基检测方法对目标进行检测；通过基本检测定位单位的无人机状态和特征时间建立目标定位模型，利用优化算法求解目标位置和速度，生成最优加权系数以融合多组定位结果，实现多无人机磁性目标定位。本发明提供的方法能在复杂噪声下检测磁异常目标，在检测的基础上定位目标，得到其速度和位置。

技术领域

本发明涉及电磁检测领域，尤其涉及一种微弱磁异常目标检测及定位方法，该方法广泛用于航磁检测、水下目标检测、金属资源探测和军事核潜艇探测等。

背景技术

铁磁性物质在地磁场作用下产生磁异常信号，磁异常探测通过探测磁异常信号实现对铁磁性物质的识别、定位与跟踪。磁异常信号微弱并且频率主要分布在0.001～1Hz，因此需要设计能够检测到微弱磁异常目标的检测算法，并且对其定位。

磁异常目标检测方法主要分为两类，两类方法分别是基于目标信号特征和背景噪声特征。第一类方法以正交基检测方法为主，但是该方法主要针对高斯白噪声，实际应用中包含很多不同频率的噪声，此时正交基检测方法的检测效果较差。第二类方法主要以信息熵为主，通过统计方法获得背景噪声的统计特征后进行检测。但是这类方法需要大量收集背景噪声进行分析，增加了前期的工作量。因此，如何在复杂噪声环境下，有效检测微弱磁异常目标是磁探测领域的难点之一。

在检测到目标后，进一步就是对目标进行定位，从使用传感器的不同，定位方法可分为两类，一类是利用标量磁力计进行探测定位，一类是利用矢量磁力计进行探测定位。用矢量磁力计探测定位时多采用磁场梯度张量的定位方法，使用矢量磁力计探测时可以获得目标在X-Y-Z轴三个方向上的磁场信息，但是矢量磁强计探测中会受到载体姿态影响，进而影响精度。用标量磁力计探测定位可以避免受到载体姿态影响，但是单独一个标量磁力计无法定位目标，目前常用标量磁力计阵列对目标进行定位，然而，磁传感器阵列的标定精度会影响定位结果。

随着无人机应用的广泛，无人机搭载磁力计进行航磁探测已经越来越普遍。加拿大卡尔顿大学开发了无人机航磁系统，并搭载在无人机系统上进行试飞，取得了很好的效果。我国航磁检测也已经起步，但是多为单架大型固定翼无人机，隐藏性较差且探索范围小，定位精度低，无法满足更高要求的实际应用场景，未来多架小型无人机编队搭载航磁检测系统将是发展趋势。

发明内容

针对现有技术检测微弱磁异常目标能力不足，定位精度低，本发明提供一种微弱磁异常目标检测及定位方法，其通过设计多无人机编队队形搭载标量磁力计采集磁异常信号，采用快速收敛小波神经网络对原始含噪信号进行处理，采用正交基检测方法检测磁异常目标；在检测后，利用检测信息联立定位方程，通过优化算法求解全局最优解，充分考虑各传感器质量，生成最优加权系数，融合多组定位结果，实现最终定位。

一种微弱磁异常目标检测及定位方法，其包括以下步骤：

S1、以三架相邻无人机组成的三角形队形为基本检测定位单位，设定有N架无人机的无人机搜索编队队形，N3；

S2、每个无人机分别采集磁性目标的磁场信号X，利用快速收敛小波神经网络算法对采集到的原始信号进行去噪，快速收敛小波神经网络输出序列为Y；

S3、结合正交基检测方法对目标进行检测，得到无人机与目标最近时间，并利用信噪比匹配方法得到特征时间值，包括：

步骤3.1、利用信噪比匹配方法得到特征时间值；

步骤3.2、结合正交基检测方法对目标进行检测，得到无人机与目标最近时间，根据无人机与目标最近时间能得到此时的无人机定位；

S4、通过基本检测定位单位的无人机状态和特征时间值建立目标定位模型，利用优化算法求解全局最优解，得到一个基本检测定位单位的目标定位；