[发明专利]一种基于旋转磁偶极子的两点轴频磁场定位方法和装置

说明书

本发明实施例提供一种基于旋转磁偶极子的两点轴频磁场定位方法和装置，将旋转螺旋桨等效成相同旋转速度的旋转磁偶极子，并对旋转磁偶极子进行了磁场建模，将旋转磁偶极子磁矩分解为在x、y、z轴方向上的磁矩分量和分别计算了由三个磁矩分量产生的磁场矢量和通过两个观测点P₁和P₂处测得到的磁场强度B₁(B_x1,B_y1,B_z1)和B₂(B_x2,B_y2,B_z2)计算出磁偶极子的旋转初始角度α₀，然后通过变量关系求解旋转磁偶极子的坐标(x₀,y₀,z₀)，从而实现磁源定位。与现有的单点旋磁定位算法必须在磁偶极子磁矩已知的情况下进行相比。本发明实施例提供的基于旋转磁偶极子的两点轴频磁场定位方法，只需要测量两个观测点的磁场强度即可反演推算出旋转磁偶极子的坐标，且定位精度高。

技术领域

本发明实施例涉及水下舰船探测领域，尤其涉及一种基于旋转磁偶极子的两点轴频磁场定位方法和装置。

背景技术

舰船轴频信号是舰船的重要特征信号，利用轴频磁场进行目标探测和定位研究一直是国内外的研究热点。舰船轴频磁场频率极低，具有传播距离远，稳定性高，受海况等各种噪声干扰低，是目标探测和定位的重要信号。

现有技术中，一些学者提出了以下几种方法，以利用轴频磁场进行目标探测和定位。其中，《地磁环境中的交变磁偶极子源定位方法研究》针对地磁环境中的交变磁偶极子辐射源的磁场信号进行了特性分析，并提出了高斯牛顿法和粒子群法相结合的最优求解算法。G.Yin等人提出了单偶极子封闭式定位公式，并通过数值仿真，验证了算法的可行性。Huanghuang Jin等人提出了一种采用改进的正交基函数的磁异常探测方法，并引入双磁梯度仪框架以满足磁异常定位的需求。G.Yin等人基于偶极子源的各向同性的特点，将标准化源强度引入到标量三角剖分和测距方法中以代替原始张量收缩，提出了一种新的无球面误差的实时偶极子定位方法，并验证了该方法的可行性。

然而，上述这些方法中大部分是针对静态磁场的磁定位方法研究，受外界磁场噪声干扰比较大，而针对旋转磁场的定位研究比较少，且多利用非线性方法求解，会受到初始值的影响。

发明内容

本发明实施例提供一种基于旋转磁偶极子的两点轴频磁场定位方法和装置，提出了基于两点的旋转磁场定位算法，只需要测量两个观测点的磁场强度即可反演推算出旋转磁偶极子的坐标。

第一方面，本发明实施例提供一种基于旋转磁偶极子的两点轴频磁场定位方法，包括：

S1，将舰船旋转螺旋桨等效为旋转磁偶极子，建立所述旋转磁偶极子的测量坐标系；

S2，基于旋转磁偶极子的测量坐标系，分析获得所述旋转磁偶极子的旋转初始角度与旋转磁偶极子在预设观测点P处产生的磁场强度之间的关系式；

S3，根据在第一观测点P₁和第二观测点P₂测得的磁场强度，结合旋转磁偶极子的旋转初始角度与旋转磁偶极子在预设观测点处产生的磁场强度之间的关系式，通过两点旋磁定位算法求解出旋转磁偶极子的坐标位置。

进一步，步骤S1中所述将舰船旋转螺旋桨等效为旋转磁偶极子，建立所述旋转磁偶极子的测量坐标系，具体包括

假设旋转磁偶极子的旋转角速度为ω；旋转磁偶极子磁矩与x轴的初始夹角为α₀；假设旋转磁偶极子的坐标为D(x₀,y₀,z₀)，预设观测点的坐标为P(x,y,z)，以旋转磁偶极子旋转轴为z轴，建立旋转磁偶极子的测量坐标系。

进一步，步骤S2具体包括：