载体平动条件下的磁梯度张量定位方法 被引量：26

1

作者 张光 张英堂 +1 位作者 李志宁 范红波 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期21-24,共4页

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... 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. 展开更多

关键词 磁梯度张量 载体平动 非线性方程组 遗传算法 张量定位

原文传递

磁梯度张量系统结构的比较分析 被引量：9

2

作者 迟铖 吕俊伟 《指挥控制与仿真》 2019年第1期46-49,共4页

磁梯度张量系统的结构特性是影响测量精度的重要因素,为了分析不同结构形式的磁梯度张量系统的测量特性,采用椭球体与磁偶极子阵列混合模型对几种典型结构形式的磁梯度张量系统的测量特性进行仿真分析,对影响测量精度的主要因素进行分析... 磁梯度张量系统的结构特性是影响测量精度的重要因素,为了分析不同结构形式的磁梯度张量系统的测量特性,采用椭球体与磁偶极子阵列混合模型对几种典型结构形式的磁梯度张量系统的测量特性进行仿真分析,对影响测量精度的主要因素进行分析,仿真结果表明十字形磁梯度张量系统结构最优,测量误差最小,且磁力仪精度越高、系统基线长度越小,磁梯度张量系统的测量误差越小,结论可为后续的磁梯度张量系统的搭建提供理论指导。 展开更多

关键词 磁梯度张量系统 磁通门磁力仪 差分运算 混合模型

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四面体磁梯度张量系统的误差补偿 被引量：9

3

作者 于振涛 吕俊伟 +1 位作者 郭宁 周静 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期2683-2690,共8页

针对搭载于水下无人航行器(UUV)的磁梯度张量系统的系统误差,提出了一种系统误差补偿方法。该方法利用四面体磁梯度张量系统的差分测量算法,融合系统中单个矢量磁力仪的系统误差和磁力仪之间的安装中心错位误差,建立了四面体磁梯度张量... 针对搭载于水下无人航行器(UUV)的磁梯度张量系统的系统误差,提出了一种系统误差补偿方法。该方法利用四面体磁梯度张量系统的差分测量算法,融合系统中单个矢量磁力仪的系统误差和磁力仪之间的安装中心错位误差,建立了四面体磁梯度张量系统误差数学模型;基于此数学模型提出了系统误差补偿算法,并根据磁梯度张量9分量之间的数学关系提出了补偿参数辨识方法;最后,通过仿真实验对该方法进行了验证。实验结果表明:该方法可以有效补偿磁梯度张量系统的系统误差,补偿量达96.2%,且补偿效果优于参考文献提出的系统误差补偿方法。该方法利用补偿参数对磁梯度张量系统的输出值直接进行系统误差补偿,从理论上解决了磁梯度张量系统整体误差的统一补偿问题。 展开更多

关键词 水下无人航行器 磁梯度张量系统 磁场 系统误差 误差补偿

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张量衍生不变关系下的磁源单点定位 被引量：8

4

作者 李青竹 李志宁 +1 位作者 张英堂 范红波 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1880-1893,共14页

为避免在利用欧拉反演方法进行磁性目标单点定位时,二阶张量数据对误差和噪声的较敏感性导致定位精度低的缺点,提出一种利用张量衍生不变关系、仅需一阶张量数据实现磁源单点定位的方法。在磁偶极子场源张量不变量和特征值分析基础上,... 为避免在利用欧拉反演方法进行磁性目标单点定位时,二阶张量数据对误差和噪声的较敏感性导致定位精度低的缺点,提出一种利用张量衍生不变关系、仅需一阶张量数据实现磁源单点定位的方法。在磁偶极子场源张量不变量和特征值分析基础上,推导了两个张量衍生不变关系:磁矩与位置矢量夹角是恒定的,且能用张量特征值表示;绝对值最小特征值的特征向量垂直于磁矩、位置矢量,其余特征值的特征向量共面于磁矩、位置矢量。据此,可计算出位置矢量关于过磁源中心某平面四象限对称的4个可能解,根据实际方位和磁测数据确定唯一解。实验结果表明,实测中经磁梯度张量系统误差校正后,对小尺度磁铁(直径5 cm、厚度0.5 cm)的定位精度控制在1 cm均方根误差范围内。相比欧拉反演方法,提出的方法在同噪声工况下探测距离更远,定位结果更可靠。 展开更多

关键词 磁梯度张量系统 磁偶极子 张量衍生不变关系 单点定位 误差校正

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磁梯度张量系统发展及其误差校正研究现状 被引量：7

5

作者 李青竹 李志宁 +2 位作者 张英堂 尹刚 范红波 《装甲兵工程学院学报》 2017年第6期73-82,共10页

概述了国内外基于磁梯度张量的磁异常探测(Magnetic Anomaly Detection,MAD)技术及其系统研发现状;总结了现有磁通门法差分磁梯度张量系统测量误差机理,包括单磁传感器的系统误差、多磁传感器阵列间非对准误差和捷联式载体磁干扰误差等... 概述了国内外基于磁梯度张量的磁异常探测(Magnetic Anomaly Detection,MAD)技术及其系统研发现状;总结了现有磁通门法差分磁梯度张量系统测量误差机理,包括单磁传感器的系统误差、多磁传感器阵列间非对准误差和捷联式载体磁干扰误差等,并分析了各误差参数数学模型;对磁梯度张量系统校正方法和载体磁干扰补偿技术进行了分析对比;最后对未来高精度梯度测量仪器的校准研究方向进行了探讨。 展开更多

关键词 磁异常探测(MAD) 磁梯度张量系统 误差校正 磁干扰补偿

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磁梯度张量系统传感器阵列的快速旋转校准 被引量：7

6

作者 李青竹 李志宁 +2 位作者 张英堂 尹刚 范红波 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1813-1826,共14页

为有效消除磁梯度张量系统传感器阵列间非对准误差和传感器系统误差对测量精度造成的影响,提出了一种只需绕系统任意轴旋转一周便可理论上实现所有磁传感器与参考平台正交系间精确校准方法。利用两组无数学简化的非线性转换构建传感器... 为有效消除磁梯度张量系统传感器阵列间非对准误差和传感器系统误差对测量精度造成的影响,提出了一种只需绕系统任意轴旋转一周便可理论上实现所有磁传感器与参考平台正交系间精确校准方法。利用两组无数学简化的非线性转换构建传感器系统误差线性校正模型,仅需同一旋转周期的10组测量数据便能得到参考平台与各传感器的理想正交输出。通过构建磁传感器三轴横倾、俯仰、方位转换的旋转矩阵,得到传感器空间任意姿态的非对准误差校正模型并对旋转角进行最小二乘估计,仅需同一旋转周期的3组测量数据便能对准张量系统。仿真和实测结果表明:在理想情况下仿真参数估计准确率接近100%,实验校正后各传感器输出具有较高重合与同轴性,张量分量RMSE(均方根误差)小于30nT/m。能以较简单步骤和较少采样数据高效提高差分法磁梯度张量系统测量精度。 展开更多

关键词 磁梯度张量系统 误差校正 线性校正 最小二乘法 快速旋转校准

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基于差分进化算法的磁梯度张量系统误差校正 被引量：4

7

作者 丁学振 李卓轩 +1 位作者 李予国 刘浩 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期4930-4943,共14页

针对磁梯度张量系统存在单传感器三轴非正交、三轴灵敏度不一致和零偏以及多传感器测量轴非对准误差等问题,本文提出了一种基于改进差分进化算法的误差校正方法.首先,详细描述上述误差并建立数学模型.然后,基于匀强磁场环境中磁梯度张... 针对磁梯度张量系统存在单传感器三轴非正交、三轴灵敏度不一致和零偏以及多传感器测量轴非对准误差等问题,本文提出了一种基于改进差分进化算法的误差校正方法.首先,详细描述上述误差并建立数学模型.然后,基于匀强磁场环境中磁梯度张量系统测得的总磁场为定值、同一方向测量轴输出一致、磁梯度张量分量与张量不变量等于零的特点,提出了基于改进差分进化算法的误差参数估计方法.不同于传统的磁梯度张量系统两步校正方法,该方法只需进行一步反演即可实现单传感器误差参数和多传感器非对准误差参数估计.仿真结果表明:与遗传算法和最小二乘拟合方法相比,本文方法具有较高的求解精度和搜索效率,且抗噪能力较强.实测数据校正结果表明,本文方法可以降低磁梯度张量系统误差引起的测量误差,测量精度得到明显改善. 展开更多

关键词 磁梯度张量系统 误差校正 改进差分进化算法

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磁梯度张量系统的非线性集成矢量校正 被引量：2

8

作者 李青竹 李志宁 +2 位作者 张英堂 范红波 尹刚 《武汉大学学报（信息科学版）》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期714-722,730,共10页

磁梯度张量系统测量精度受到单磁传感器系统误差与传感器阵列间非对准误差的严重影响。为了获得精确的张量测量输出,建立了单磁传感器零漂、标度因子与非正交角等系统误差和多传感器轴系间非对准误差的集成数学模型,提出了基于十字磁梯... 磁梯度张量系统测量精度受到单磁传感器系统误差与传感器阵列间非对准误差的严重影响。为了获得精确的张量测量输出,建立了单磁传感器零漂、标度因子与非正交角等系统误差和多传感器轴系间非对准误差的集成数学模型,提出了基于十字磁梯度张量系统最小二乘非线性集成校正方法。相比两步标量校正,利用建立的集成数学模型能够一次性估计出十字形张量系统的48个误差参数,以"人造"平台输出为参考实现低成本矢量校正,极大提高了校正效率和参数估计准确率。仿真和实测表明,张量系统误差参数仿真估计准确率高于99.75%,实验校正后总场输出均方根误差(root mean square error, RMSE)小于2 nT,张量分量RMSE小于50 nT/m,参数估计具有较高的鲁棒性。 展开更多

关键词 磁梯度张量系统 非线性拟合 矢量校正 集成校正

原文传递

差分磁梯度张量测量极限估计 被引量：1

9

作者 李青竹 石志勇 +1 位作者 李志宁 范红波 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期1325-1336,共12页

为了研究磁梯度张量系统(Magnetic Gradient Tensor System,MGTS)的理论探测极限,利用磁偶极子正演公式、张量矩阵特征方程和张量不变量推导了差分磁梯度张量测量范围公式,提出了MGTS理论探测极限估计方法。利用磁梯度张量空间衍生不变... 为了研究磁梯度张量系统(Magnetic Gradient Tensor System,MGTS)的理论探测极限,利用磁偶极子正演公式、张量矩阵特征方程和张量不变量推导了差分磁梯度张量测量范围公式,提出了MGTS理论探测极限估计方法。利用磁梯度张量空间衍生不变关系定位方法估计目标体磁矩,并利用差分计算原理在背景场静态采样中估计MGTS的张量分量测量准确度。利用提出的方法估计现场MGTS的理论探测极限。滑动磁性物体远离MGTS并进行连续采样,记录张量信号实际可观测范围并对估计结果进行验证。结果表明,MGTS的理论探测极限与基线距离d、测量准确度q、目标磁矩强度M、观测点与目标磁矩间夹角θ等有关;d越长,q越高,M越大,MGTS理论可探测距离越远;d越长,观测距离越近,MGTS测量的理论误差越大;探测距离在MGTS平行于磁矩方向时最大,在垂直于磁矩方向时急剧减小。实验表明,平面十字形MGTS针对4个典型磁铁的探测极限估计准确度为±0.4 m。 展开更多

关键词 磁梯度张量 差分测量系统 探测极限 目标定位

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MGTS单航线测量用于磁性目标模式识别

10

作者 李青竹 李志宁 +1 位作者 石志勇 范红波 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期872-891,共20页

磁梯度张量系统(MGTS)二维平面网格测量常用于磁性目标识别,但其测量难度大、采集效率低、仪器精度要求高,为此提出一种基于MGTS单航线测量的磁性目标模式识别方法。首先,对磁梯度张量分量、特征值、不变量等15个属性量进行磁化方向敏... 磁梯度张量系统(MGTS)二维平面网格测量常用于磁性目标识别,但其测量难度大、采集效率低、仪器精度要求高,为此提出一种基于MGTS单航线测量的磁性目标模式识别方法。首先,对磁梯度张量分量、特征值、不变量等15个属性量进行磁化方向敏感程度分析,其中对磁化方向较敏感特征量用以识别目标姿态,而不敏感特征量用以识别目标形状;然后,进行MGTS单航线测量,提取测量特征量的时域信号波形特征参数,并设置相应类别标签,主成分分析(PCA)降维方法用以实现特征可视化并确定最佳特征维数;最后,利用麻雀搜索算法优化的核极限学习机(SSA-KELM)对航线测量样本数据进行训练和测试,最终实现磁性目标的模式识别。仿真中对磁偶极子的不同磁化方向类别和球体、长方体和圆柱体等几何体的不同形状类别的识别精度均达到100%;实验中针对3种形状磁铁及其3类姿态共测量了180条学习航线,在6:4的训练测试比下,磁铁姿态和形状识别结果完全准确。 展开更多

关键词 磁梯度张量系统 单航线测量 磁性目标模式识别 麻雀搜索算法 核极限学习机

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基于差分测量的磁梯度张量系统结构寻优 被引量：2

11

作者 李青竹 李志宁 +1 位作者 张英堂 范红波 《探测与控制学报》 CSCD 北大核心 2018年第5期41-46,共6页

针对利用磁传感器阵列构建的磁梯度张量系统存在理论结构误差,以及如何优化设计以减小结构误差,确定并搭建最优结构系统的问题,提出了基于差分测量的磁梯度张量系统结构寻优方法。该方法分析了完整磁梯度张量系统结构配置及结构误差,提... 针对利用磁传感器阵列构建的磁梯度张量系统存在理论结构误差,以及如何优化设计以减小结构误差,确定并搭建最优结构系统的问题,提出了基于差分测量的磁梯度张量系统结构寻优方法。该方法分析了完整磁梯度张量系统结构配置及结构误差,提出五种简化配置结构的张量系统设计概念并推导了张量测量矩阵及测量分辨率,对五种结构的张量系统进行相同基线尺寸下的单航线磁偶极子磁梯度张量场测量试验从而对系统结构寻优。仿真试验表明,该方法寻优效果明显,对同一测量目标,相同基线尺寸及传感器分辨率条件下,平面十字形和正方形磁梯度张量系统结构误差最小,理论张量测量精度最高。 展开更多

关键词 磁梯度张量系统 传感器阵列 差分测量 结构误差 单航线测量 磁偶极子

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IVMD降噪下的磁梯度张量系统集成校准方法

12

作者 石志勇 李青竹 李志宁 《陆军工程大学学报》 2022年第6期1-10,共10页

磁梯度张量系统(MGTS)经过校准能够减小传感器系统误差、阵列非对准误差和载体磁干扰误差,但磁测信号常受到环境电磁场、地磁脉冲信号等噪声的干扰,使得系统校准精度受限。为此,提出了在独立变分模态分解(IVMD)降噪下的MGTS集成校准方... 磁梯度张量系统(MGTS)经过校准能够减小传感器系统误差、阵列非对准误差和载体磁干扰误差,但磁测信号常受到环境电磁场、地磁脉冲信号等噪声的干扰,使得系统校准精度受限。为此,提出了在独立变分模态分解(IVMD)降噪下的MGTS集成校准方法。首先,进行旋转采样获得足量磁场矢量信号,并合成为总场强度和方向信号以避免降噪失真;然后,利用谱循环相关系数对信号进行端点延拓以抑制端点效应,对合成信号进行变分模态分解(VMD),并对主分量进行核独立成分分析(KICA),进一步消除噪声和模态混叠;最后,利用集成补偿和旋转对准(ICRA)方法的一步校准系统,消除系统误差、非对准误差和硬软磁干扰的影响。实测表明,相较于ICRA直接校准,该方法在室内电场环境中将张量分量均方根误差(RMSE)由近100 nT/m约束在5.6 nT/m内;在磁性目标定位实验中,定位距离均方根误差由0.157 m减小至0.066 m。 展开更多

关键词 地磁降噪 磁梯度张量系统 变分模态分解 系统校准

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