[發明專利]一種基于磁傳感器陣列的磁偶極子目標跟蹤方法

有效

• 申請號: 201910255700.8
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109975879B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 馮永強;陳路昭;朱萬華;紀奕才;方廣有
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本公開提供了一種基于磁傳感器陣列的磁偶極子目標跟蹤方法，所述方法包括：步驟1，建立磁偶極子模型，根據所述模型確定所述磁偶極子的狀態變量；步驟2，根據所述狀態變量，獲取所述磁偶極子的運動狀態方程以及觀測方程；步驟3，獲取傳感器陣列測量磁場的實時差量磁場，通過蒙特卡洛的方法生成隨機離散樣本點，將所述樣本點帶入所述運動狀態方程與所述觀測方程，獲得均值與協方差估計，完成卡爾曼濾波增益的計算與狀態變量的更新。

技術領域

本公開涉及一種基于磁傳感器陣列的磁偶極子目標跟蹤方法。

背景技術

隨著海洋資源的持續開發，海域權益與臨海安全性受到世界各國的廣泛關注與重視，研究快速、高效的侵入目標檢測與識別方法，對于提高臨海防御能力具有重要軍事意義。磁探測技術是一種被動探測技術，因其能夠有效彌補聲學近場、近海探測的不足受到國內外的廣泛關注。通過傳感器陣列采集感興趣目標體周圍的磁異常信號，以獲取興趣目標的電磁特征，進而實現目標的識別及快速定位和跟蹤具有重要的研究價值。

磁目標的定位與跟蹤最常用的方法包括兩大類：優化定位算法與濾波算法。其中，優化定位算法通常建立在較多觀測數據基礎上，比如傳感器網絡、磁梯度張量系統或者航磁飛行測線等，通過最優化估計算法以獲取目標位置、磁矩等特征參量。濾波跟蹤算法，通常基于傳感器陣列持續測量運動目標磁場數據，以實現對磁目標體的實時跟蹤與狀態估計，由于良好的跟蹤性能于實時性等優點，受到國內外學者及研究人員的廣泛關注。

但研究人員發現現有技術中存在以下問題：以往利用傳感器陣列對磁偶極子目標跟蹤的算法研究集中于優化算法的非線性模型適應能力，在抑制地磁干擾方面主要通過梯度系統完成。磁梯度系統雖然可以很好的抑制地磁干擾，但是受制于基線過短、磁梯度場衰減快等因素，磁梯度系統不適合與目標的遠距離跟蹤。

當磁偶極子目標接近磁傳感器陣列時，傳感器測量磁場中同時包含目標磁異常場與背景地磁場。現有技術一般通過設置遠參考傳感器方法，利用參考傳感器與測量傳感器間地磁場的空間相關性，消除測量磁場中的地磁背景，獲取目標磁異常場，即通過在較遠的位置設立參考傳感器，參考傳感器僅測量背景而其余的陣列傳感器同時測量背景與目標的磁異常信號，這樣通過處理以實現消除背景磁場而獲得目標的磁異常信號之目的。然而，基于參考磁傳感器的方法存在著兩個明顯的缺陷：其一，參考傳感器與測量傳感器之間距離難以把握，距離較近時，參考傳感器容易受目標磁異常影響，致使測量磁異常產生誤差；當二者距離較遠時，傳感器間的相關性下降，致使地磁背景場消除不徹底。其二，參考傳感器的設置處需要可靠的地磁環境，以保證工作期間不受外界其他磁干擾源影響。此外，通過構建磁梯度張量系統也可以有效的避免地磁干擾，然而磁梯度場的衰減較磁偶極子場更快，并不適合遠距離目標跟蹤。

發明內容

本公開提供了一種基于磁傳感器陣列的磁偶極子目標跟蹤方法，所述方法包括：步驟1，建立磁偶極子模型，根據所述模型確定所述磁偶極子的狀態變量；步驟2，根據所述狀態變量，獲取所述磁偶極子的運動狀態方程以及觀測方程；步驟3，獲取傳感器陣列測量磁場的實時差量磁場，通過蒙特卡洛的方法生成隨機離散樣本點，將所述樣本點帶入所述運動狀態方程與所述觀測方程，獲得均值與協方差估計，完成卡爾曼濾波增益的計算與狀態變量的更新。

附圖說明

為了更完整地理解本公開及其優勢，現在將參考結合附圖的以下描述，其中：

圖1示意性示出了本公開實施例提供的基于磁傳感器陣列的磁偶極子目標跟蹤方法的方法流程圖；

圖2示意性示出了本公開實施例提供的基于磁傳感器陣列的磁偶極子目標跟蹤方法中步驟3的方法流程圖；

圖3示意性示出了本公開實施例提供的仿真示例中仿真磁偶極子運動軌跡圖；

圖4A示意性示出了本公開實施例提供仿真示例中仿真磁偶極子在X坐標軸投影的運動軌跡圖；