[发明专利]基于磁梯度张量不变量的单点定位方法

说明书

本发明属于磁探测技术领域，涉及一种新型磁性目标定位方法。该方法利用磁梯度张量不变量推导得出，可以在地磁环境中唯一的求解磁性目标的位置，而且具有不受姿态变化影响的特性。所提方法利用测量点与磁性目标形成的位置矢量与磁梯度张量矩阵绝对值最小的特征值对应的特征向量之间的垂直关系，对磁性目标位置进行求解。由于这个垂直关系由梯度张量不变量推导得出，因此所提定位方法具备不随坐标系变化的优势，适用于移动平台。本发明只需测量1个位置的磁梯度张量，求解过程简单，求解速度快，且便于实施。本发明的定位方法，因为利用磁梯度张量数据推导得出，所以可以在地磁环境中应用，而且求解结果唯一。

技术领域

本发明属于磁探测技术领域，涉及一种新型磁性目标定位方法。该方法利用磁梯度张量不变量推导得出，可以在地磁环境中唯一的求解磁性目标的位置，而且具有不受姿态变化影响的特性。

背景技术

由于地磁场的存在，使铁磁性材料被磁化，从而呈现出磁性特征，产生磁场，这样的磁场叠加在地磁场之上就会引起地磁场畸变，这种现象称为磁异常现象。磁异常探测技术利用磁异常现象，通过观测和分析异常磁场对磁性目标进行定位和辨识。磁异常探测技术由于具有轻便易行、效率高、成本低、隐蔽性能好、抗干扰强等优点，具有极高的军事意义和民用价值。

磁异常探测技术的发展主要经历了磁场总量测量、磁场分量与梯度测量、磁梯度张量测量三个阶段。磁梯度张量测量相比于传统的磁场测量有压倒性的优势，其最大的优点是可以有效的克服地磁场的干扰，提高磁性目标的定位精度。磁梯度张量定位方法可实现对目标的精确定位，但对搭载平台的运动要求较高，平台的机动会对定位结果带来很大的干扰。

磁梯度张量不变量，是磁梯度张量进行一定的运算得到一些不随坐标系变化而变化的标量，常见的不变量有磁梯度张量的迹、特征值、Frobenius范数等，因为磁梯度张量不变量具有不随坐标系的变化而改变的性质，因此非常适合于移动平台对目标的定位，现已经成为国内外的研究热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种适用于移动平台的磁性目标定位方法。所提方法利用测量点与磁性目标形成的位置矢量与磁梯度张量矩阵绝对值最小的特征值对应的特征向量之间的垂直关系，对磁性目标位置进行求解。由于这个垂直关系由梯度张量不变量推导得出，因此所提定位方法具备不随坐标系变化的优势，适用于移动平台。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种磁性目标定位方法，磁性目标A含有铁磁性物质，在地球磁场中被磁化，产生磁场。以载体为中心建立笛卡尔坐标系，磁性目标A位于P₀点，在磁性目标A的磁场中，有任意一个测量点P₁点，P₁点和磁性目标A之间的位置矢量为r₁。

测量P₁点的梯度张量G₁，并求解这个梯度张量矩阵的特征值，取其中绝对值最小的特征值对应的特征向量为V₁。因为测量点和磁性目标形成的位置矢量与绝对值最小的特征值对应的特征向量垂直，可以得

V₁·r₁＝0 (1)

由O、P₀、P₁的空间几何关系，利用向量运算可以得到：

将(2)式中的等式带入(1)后可以得到：

(3)式中特征向量V₁可以通过测量获取，向量已知，位置向量r可以表示为(x₀,y₀,z₀)。因此式(3)是只含有未知向量r的三元齐次线性方程。