[發(fā)明專(zhuān)利]一種采用廣義逆矩陣消除盲區(qū)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611259675.3
• 申請(qǐng)日: 2016-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106595670B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王三勝;張寧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01C21/20
• 分類(lèi)號(hào): G01C21/20
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專(zhuān)利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長(zhǎng)琪

本發(fā)明公開(kāi)一種采用廣義逆矩陣消除盲區(qū)的方法，將磁性目標(biāo)等效為磁偶極子模型，當(dāng)磁偶極子的磁矩矢量和磁偶極子的位置矢量垂直時(shí)，求解磁偶極子磁場(chǎng)的梯度張量矩陣的廣義逆矩陣，并帶入定位公式，得到磁性目標(biāo)的準(zhǔn)確定位結(jié)果。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：通過(guò)使用廣義逆矩陣消除了探測(cè)定位的盲區(qū)，進(jìn)一步提高的磁性目標(biāo)探測(cè)定位的實(shí)用性；且可以實(shí)現(xiàn)磁性目標(biāo)任意方向的探測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁場(chǎng)測(cè)量及定位計(jì)算領(lǐng)域,具體來(lái)說(shuō)是一種采用廣義逆矩陣消除盲區(qū)的方法。

背景技術(shù)

磁性目標(biāo)定位理論的研究始于美國(guó)的W.M.Wynn和C.P.Fromm等人在1975年提出的磁場(chǎng)張量數(shù)據(jù)進(jìn)行磁偶極子定位算法。他們提出的方法可以根據(jù)單測(cè)點(diǎn)上五個(gè)磁場(chǎng)梯度張量和磁場(chǎng)矢量的測(cè)量結(jié)果定位出磁性目標(biāo)位置參數(shù)(水平位置、深度、距離)和磁矩矢量。1988年，美國(guó)海軍國(guó)防基金會(huì)的J.Bradley Nelson提出使用磁場(chǎng)總強(qiáng)度(磁場(chǎng)矢量的模)梯度的測(cè)量結(jié)果來(lái)計(jì)算磁梯度的概念，這種磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度的測(cè)量側(cè)重于磁場(chǎng)三個(gè)分量的總體效應(yīng)，導(dǎo)致分量信息缺失，無(wú)法獲得磁場(chǎng)全張量梯度信息。1995年，W.M.Wynn又基于磁場(chǎng)梯度信息研究了針對(duì)已知目標(biāo)速度運(yùn)動(dòng)的情況下對(duì)磁性目標(biāo)定位的問(wèn)題，并做出結(jié)論：已知磁場(chǎng)的三分量或梯度張量對(duì)場(chǎng)源的變化率時(shí)，結(jié)合磁場(chǎng)梯度張量可以唯一確定偶極子源參數(shù)。Wilson于1985年提出可以通過(guò)張量的特征值和特征向量來(lái)確定場(chǎng)源的位置和磁矩參數(shù)，隨后Emerson等人采用兩個(gè)球體模型的模擬目標(biāo)驗(yàn)證了這種方法能夠很好的反映兩個(gè)場(chǎng)源的空間位置和磁矩。這種方法的定位精度取決于求解空間的網(wǎng)絡(luò)劃分精細(xì)程度，而且求解時(shí)間隨著精細(xì)程度呈三次方增長(zhǎng)，很難滿(mǎn)足定位的實(shí)時(shí)性要求。

磁性目標(biāo)定位的問(wèn)題經(jīng)歷了從磁異檢測(cè)(Magnetic Anomaly Detection)到磁場(chǎng)梯度張量法的發(fā)展過(guò)程。其中，磁性目標(biāo)梯度張量法定位問(wèn)題根據(jù)定位及磁矩反演的不同算法又可分為數(shù)學(xué)優(yōu)化法、基于牛頓法的非線(xiàn)性定位法、基于磁場(chǎng)梯度張量矩陣的線(xiàn)性方程定位法等三種主要方法，其中數(shù)學(xué)優(yōu)化法的主要思想是在定位空間內(nèi)對(duì)磁性目標(biāo)的位置進(jìn)行“猜測(cè)”，并由猜測(cè)位置處目標(biāo)產(chǎn)生的磁場(chǎng)與所測(cè)量的磁場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比，尋求二者均方根最小的猜測(cè)解，這種方法效率極低而且定位結(jié)果不夠精確；牛頓法是通過(guò)建立磁偶極子產(chǎn)生磁場(chǎng)模型，將目標(biāo)的位置和磁矩作為未知數(shù)求解多元非線(xiàn)性方程進(jìn)行定位，這種方法具有虛根和無(wú)解的情況，而且定位誤差難以進(jìn)行評(píng)估和補(bǔ)償；2006年日本東京大學(xué)Nara等人建立了磁性目標(biāo)線(xiàn)性方程進(jìn)行求解，線(xiàn)性方程通解中只需對(duì)磁場(chǎng)梯度張量進(jìn)行一次運(yùn)算即可得出唯一的定位結(jié)果。應(yīng)用矩陣求逆進(jìn)行磁性目標(biāo)定位方法簡(jiǎn)單，可得到唯一解，但是在進(jìn)行全張量梯度矩陣求逆的時(shí)候，會(huì)存在矩陣不可逆的情況，也就是全張量矩陣不是滿(mǎn)秩矩陣。當(dāng)全張量梯度矩陣不可逆的時(shí)候，定位誤差接近不限大，無(wú)法對(duì)磁性目標(biāo)進(jìn)行定位。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種采用廣義逆矩陣消除盲區(qū)的方法,解決了應(yīng)用全張量磁場(chǎng)梯度進(jìn)行磁性目標(biāo)定位過(guò)程中，磁性目標(biāo)的磁矩矢量和磁性目標(biāo)的位置矢量垂直時(shí)，無(wú)法探測(cè)到磁性目標(biāo)的問(wèn)題。

本發(fā)明采用廣義逆矩陣消除盲區(qū)的方法，將磁性目標(biāo)等效為磁偶極子模型，當(dāng)磁偶極子的磁矩矢量和磁偶極子的位置矢量垂直時(shí)，求解磁偶極子磁場(chǎng)的梯度張量矩陣的廣義逆矩陣，并帶入磁偶極子磁場(chǎng)梯度張量的矩陣形式，得到磁性目標(biāo)的準(zhǔn)確定位結(jié)果。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明采用廣義逆矩陣消除盲區(qū)的方法，通過(guò)使用廣義逆矩陣消除了探測(cè)定位的盲區(qū)，進(jìn)一步提高的磁性目標(biāo)探測(cè)定位的實(shí)用性；且可以實(shí)現(xiàn)磁性目標(biāo)任意方向的探測(cè)。

2、本發(fā)明采用廣義逆矩陣消除盲區(qū)的方法，在磁性目標(biāo)的磁矩矢量和磁性目標(biāo)的位置矢量垂直時(shí)，可以消除定位誤差無(wú)限大的情況。