[发明专利]基于磁异常梯度的磁性目标追踪方法

摘要

本发明提供一种基于磁异常梯度的磁性目标追踪方法，通过对磁异常梯度的矩阵变换分离出目标磁矩的单位方向矢量，制定优化问题来估计目标的位置和磁性参数，通过构建特殊的适应度函数利用粒子群算法实现对目标参数的求解。本发明所提出的基于磁异常梯度的目标追踪方法，为利用地磁总场信息对目标定位提供了一种新的思路，而且该方法可以求解出运动目标速度的信息，对磁性目标的定位追踪具有一定的参考意义。

主权项

1.基于磁异常梯度的磁性目标追踪方法，其特征在于，具体的实现步骤如下：步骤1.构建磁力仪阵列，计算磁异常的大小ΔB，ΔB可以表示为：其中，磁性目标产生的磁场Ba的表达式为：其中，μ0＝4π×10‑7H/m是真空磁导率，M是磁偶极子的磁矩大小，[mxmymz]为磁矩的方向矢量，I和D分别表示传感器位置处的地磁场倾角和偏角，I和D的值可以通过国际地磁参考场模型IGRF获得或通过实测获得，步骤2.计算得到各个轴向上的磁异常梯度值，磁异常的梯度可以表示为：步骤3.通过矩阵变换得到磁矩的单位方向向量，根据公式(1)和(4)我们将磁异常的梯度用矩阵的形式表示为：G＝FU       (5)其中，由于F是可逆矩阵，磁矩的方向矢量可以表示为U＝F‑1G      (6)步骤4.构建最优化问题，磁异常梯度G的实际表达形式如下:其中，Bi(i＝1…6)表示第i个传感器的测量值，bx是关于原点对称的传感器1和2之间的距离，by是关于原点对称的传感器3和4之间的距离，bz是关于原点对称的传感器5和6之间的距离；在水平运动目标追踪问题中，目标的运动等效于一阶马尔可夫进程，因此，运动过程中X轴的坐标分量x可以表示为：其中，Δt表示两个采样点间的时间间隔，目标运动过程中的Y和Z分量近似于X分量，如果目标在水平面内运动，可以假设vz＝0；目标的磁矩信息可以表示为：根据磁矩的单位方向矢量的性质，我们可以获得以下的表达式：UTU＝GT(F‑1)TF‑1G＝1        (10)当梯度仪中的基线长度已知时，磁异常的梯度可以通过测量值计算得到，因此利用公式(10)，磁性目标参数反演的问题转化为一种最优化问题；步骤5.利用粒子群算法PSO求解最优化问题，参数矢量p＝[x,y,z,vx,vy,M]表示该最优化问题，通过构建适应度函数g(p)来实现对目标参量的求解，适应度函数表示式为：其中，n是参与计算的采样点的个数；步骤6.获得目标的位置和速度信息，使用粒子群算法求解出目标的位置和速度信息。