[发明专利]一种背景磁场未知情形下的多磁偶极子磁源反演定位方法

说明书

本发明公开了一种背景磁场未知情形下的多磁偶极子磁源反演定位方法：(1)载体选取航行轨迹上的航迹点作为测点序列，实时测量航行轨迹上的磁场矢量数据；(2)对测点序列进行背景磁场建模，获得测点序列上的背景磁场多项式模型；(3)设计目标函数、设置初始磁偶极子组合、并为相关参数赋予初始值；(4)基于目标函数以及航迹上测量得到的磁场矢量数据，对相关参数进行优化解算；(5)在优化结果中，选择判定系数值大于有效阈值的磁偶极子组合，作为反演定位结果。本发明不需要已知磁偶极子的数量、磁矩，不依赖环境的先验磁场信息，只需要在航迹上测量足够的磁场数据，即可在实现对多磁偶极子磁源的准确反演定位。

技术领域

本发明涉及磁源定位技术，特别涉及一种背景磁场未知情形下的多磁偶极子磁源反演定位方法。

背景技术

磁性目标反演定位技术依赖于对磁信标产生的磁场的测量，但这些目标产生的磁场特征与自身位置之间的强非线性关系，使得根据磁场特征进行位置解算具有较高的复杂性。当研究区域内存在多个磁性目标，并且背景磁场未知时，目标产生的磁场就会与环境背景场混叠在一起，使得对磁性目标的准确定位非常困难。

目前对于磁信标反演技术的研究，以单磁源为主，如欧拉褶积方法利用三维磁场矢量和梯度张量之间的关系，求解测点与偶极子之间的相对位置矢量，但实际应用中磁场环境要复杂得多，该方法难以适用。多源欧拉方法、维纳褶积方法等将单源定位方法推广到多源状态下，但依然只能计算位置信息，无法确定磁矩，也无法消除背景磁场的干扰。

针对上述方法中的不足，本申请提出一种背景磁场未知情形下的多偶极子磁源反演定位方法。本方法不需要已知磁偶极子的数量、磁矩，不依赖于环境的先验地图，只需要在航迹上测量足够的磁场信息，即可在未知环境下准确识别磁偶极子的数量，对其三维位置和三维磁矩信息进行准确解析，同时对航迹上的背景场进行准确的估计。

发明内容

本发明的目的是面向在背景场未知环境中，磁偶极子磁源的数量、位置和磁矩均未知的场景，提供一种准确的多磁偶极子磁源反演定位方法。本方法通过利用多项式法对测量轨迹上的背景磁场进行建模，并结合基于待定系数法，识别真实磁源的数量，同时对背景磁场以及磁偶极子磁源的位置、磁矩进行准确解析。本发明减轻了现有反演技术中对未知环境先验地图的依赖，提高了定位效率。

本发明所采用的技术方案是：一种背景磁场未知情形下的多磁偶极子磁源反演定位方法，包括以下步骤：

步骤1，在背景磁场未知，且多磁偶极子磁源磁场混叠的环境中，载体选取航行轨迹上的航迹点作为测点序列，并且，实时测量航行轨迹上的磁场矢量数据；

步骤2，用多项式对连续航迹上的测点序列进行背景磁场建模，获得测点序列上的背景磁场多项式模型；

步骤3，设计包含有效性判定系数的目标函数，设置初始磁偶极子组合，并为所有磁偶极子的坐标和磁矩、以及测点序列上的背景磁场多项式模型系数赋予初始值；

步骤4，基于所建立的目标函数以及航迹上测量得到的磁场矢量数据，利用Levenberg-Marquardt非线性优化方法对磁偶极子的位置、磁矩、有效性判定系数中的待定系数参数，以及背景磁场多项式系数进行优化解算；

步骤5，在优化结果中，选择判定系数值大于有效阈值的磁偶极子组合，作为反演定位结果。

其中，步骤1进一步包括：

利用矢量磁力仪实时测量航行轨迹上的磁场矢量信息：以间隔d选取一个测点序列P＝{P₁ P₂ …P_i…P_N}，1≤i≤N，其中，P_i表示第i个测点，N表示测点序列中包含的航迹点总数，N≥15，d≥1；