[发明专利]一种采用广义逆矩阵消除盲区的方法

说明书

本发明公开一种采用广义逆矩阵消除盲区的方法，将磁性目标等效为磁偶极子模型，当磁偶极子的磁矩矢量和磁偶极子的位置矢量垂直时，求解磁偶极子磁场的梯度张量矩阵的广义逆矩阵，并带入定位公式，得到磁性目标的准确定位结果。本发明的优点为：通过使用广义逆矩阵消除了探测定位的盲区，进一步提高的磁性目标探测定位的实用性；且可以实现磁性目标任意方向的探测。

技术领域

本发明属于磁场测量及定位计算领域,具体来说是一种采用广义逆矩阵消除盲区的方法。

背景技术

磁性目标定位理论的研究始于美国的W.M.Wynn和C.P.Fromm等人在1975年提出的磁场张量数据进行磁偶极子定位算法。他们提出的方法可以根据单测点上五个磁场梯度张量和磁场矢量的测量结果定位出磁性目标位置参数(水平位置、深度、距离)和磁矩矢量。1988年，美国海军国防基金会的J.Bradley Nelson提出使用磁场总强度(磁场矢量的模)梯度的测量结果来计算磁梯度的概念，这种磁场强度梯度的测量侧重于磁场三个分量的总体效应，导致分量信息缺失，无法获得磁场全张量梯度信息。1995年，W.M.Wynn又基于磁场梯度信息研究了针对已知目标速度运动的情况下对磁性目标定位的问题，并做出结论：已知磁场的三分量或梯度张量对场源的变化率时，结合磁场梯度张量可以唯一确定偶极子源参数。Wilson于1985年提出可以通过张量的特征值和特征向量来确定场源的位置和磁矩参数，随后Emerson等人采用两个球体模型的模拟目标验证了这种方法能够很好的反映两个场源的空间位置和磁矩。这种方法的定位精度取决于求解空间的网络划分精细程度，而且求解时间随着精细程度呈三次方增长，很难满足定位的实时性要求。

磁性目标定位的问题经历了从磁异检测(Magnetic Anomaly Detection)到磁场梯度张量法的发展过程。其中，磁性目标梯度张量法定位问题根据定位及磁矩反演的不同算法又可分为数学优化法、基于牛顿法的非线性定位法、基于磁场梯度张量矩阵的线性方程定位法等三种主要方法，其中数学优化法的主要思想是在定位空间内对磁性目标的位置进行“猜测”，并由猜测位置处目标产生的磁场与所测量的磁场进行对比，寻求二者均方根最小的猜测解，这种方法效率极低而且定位结果不够精确；牛顿法是通过建立磁偶极子产生磁场模型，将目标的位置和磁矩作为未知数求解多元非线性方程进行定位，这种方法具有虚根和无解的情况，而且定位误差难以进行评估和补偿；2006年日本东京大学Nara等人建立了磁性目标线性方程进行求解，线性方程通解中只需对磁场梯度张量进行一次运算即可得出唯一的定位结果。应用矩阵求逆进行磁性目标定位方法简单，可得到唯一解，但是在进行全张量梯度矩阵求逆的时候，会存在矩阵不可逆的情况，也就是全张量矩阵不是满秩矩阵。当全张量梯度矩阵不可逆的时候，定位误差接近不限大，无法对磁性目标进行定位。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种采用广义逆矩阵消除盲区的方法,解决了应用全张量磁场梯度进行磁性目标定位过程中，磁性目标的磁矩矢量和磁性目标的位置矢量垂直时，无法探测到磁性目标的问题。

本发明采用广义逆矩阵消除盲区的方法，将磁性目标等效为磁偶极子模型，当磁偶极子的磁矩矢量和磁偶极子的位置矢量垂直时，求解磁偶极子磁场的梯度张量矩阵的广义逆矩阵，并带入磁偶极子磁场梯度张量的矩阵形式，得到磁性目标的准确定位结果。

本发明的优点在于：

1、本发明采用广义逆矩阵消除盲区的方法，通过使用广义逆矩阵消除了探测定位的盲区，进一步提高的磁性目标探测定位的实用性；且可以实现磁性目标任意方向的探测。

2、本发明采用广义逆矩阵消除盲区的方法，在磁性目标的磁矩矢量和磁性目标的位置矢量垂直时，可以消除定位误差无限大的情况。