[发明专利]基于磁张量的合作磁目标实时定位方法

说明书

本发明公开了一种基于磁张量的合作磁目标实时定位方法，属于磁异常探测和磁偶极子定位领域，包括以下步骤：求取磁偶极子位置矢量与磁矩矢量间夹角的余弦值；根据余弦值和张量缩并量求取合作磁目标的相对距离；求解合作磁目标的坐标，若测点数小于等于3个，采用牛顿迭代法求解合作磁目标的坐标，反之利用迭代最小二乘法求解合作磁目标的坐标。本发明不仅适用于测点数小于等于3个的情况，而且适用于测点多于3个的情况，且能降低测量误差、张量差分近似误差，提高定位精度。

技术领域

本发明属于磁异常探测和磁偶极子定位领域，特别涉及一种基于磁张量的合作磁目标实时定位方法。

背景技术

随着传感器技术的发展，磁测量技术主要经历了磁场总场测量、磁场分量与梯度测量、磁梯度张量测量等阶段，对应的目标定位算法也由总量解算、梯度解算逐步发展到了梯度张量反演。

磁梯度张量由于消除了共模成分而受地磁场影响小，而且它信息丰富，便于解算目标体的位置和磁矩信息，进而描述磁源体几何形态，提高了对磁源体的分辨率。

基于磁张量的合作磁目标实时定位算法得到了研究，取得较大的进展。早些开始这个研究方向的黄玉、郝燕玲的研究成果“水下地磁异常反演中位置磁矩联合迭代算法”表明：迭代算法能抑制磁场模值及梯度误差，显著提高水下定位及目标磁矩解算的精度。但在实际磁张量测量过程中，由于测量误差、张量差分近似误差的引入，仅利用三个磁张量测量阵列定位结果误差较大，而目前还尚未有关于利用3个以上测点进行定位的相关研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能适应测点多于3个的情形，且具有误差小、定位精度高等特点的合作磁目标实时定位方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于磁张量的合作磁目标实时定位方法，包括以下步骤：

步骤1、求取磁偶极子位置矢量与磁矩矢量间夹角的余弦值；

步骤2、根据所述余弦值和张量缩并量求取合作磁目标的相对距离；

步骤3、求解合作磁目标的坐标。

进一步地，步骤1所述求取磁偶极子位置矢量与磁矩矢量间夹角的余弦值，具体包括：

步骤1-1、求取磁张量矩阵T的3个特征值λ₁、λ₂和λ₃，具体包括：

磁张量矩阵T为：

由磁张量矩阵的特性可知：

tr(T)＝λ₁+λ₂+λ₃＝0

式中，tr表示矩阵的迹；

磁张量矩阵的特征方程为：

其中，

式中，I₁,I₂为磁张量的两个不变量，adjT为矩阵T的伴随矩阵，detT为矩阵T的行列式；

磁张量矩阵T中的5个独立分量B_xx,B_xy,B_xz,B_yy,B_yz由磁偶极子公式求得：

式中，μ₀＝4π×10^-7H/m为真空磁导率，R为测量点到目标的距离，(x,y,z)为目标的坐标，m_x,m_y,m_z为磁矩的三分量；