论文摘要
磁性目标定位是指利用磁测量系统获取的磁信息进行数据反演,从而解算出目标的位置,可广泛应用于资源探测和军事领域。本文重点阐述了以磁传感器为基本测量单元构成的十字型测量阵列的测量原理,并进行了测量误差分析。基于磁偶极子模型,提出了几种不同的磁性目标定位方法,并开展了相应的理论、仿真与实验研究。首先,为了克服载体姿态引入的干扰磁场影响,提出了两种基于磁场模量信息的定位方法,其一是只利用总场模量的轨迹规划定位方法,其二是基于多模量信息的精确定位方法。前者基于一般载体干扰磁场模型,利用两个磁传感器输出的相关性,通过差分补偿方法对载体姿态抖动引起的干扰进行了补偿,从而比较准确地得到一条测线上磁性目标的总场模量变化曲线,然后根据曲线变化趋势以及测线轨迹规划实现磁性目标的定位。对于该方法主要进行了仿真分析,验证了其可行性。后者是针对磁偶极子模型推导的一种利用磁性目标磁感应强度的模、磁梯度张量的模和总梯度模的距离求解算法,并利用多点测量距离结合各自的坐标信息推导了定位算法,对该定位方法通过误差理论分析了其定位精度的主要因素,通过对仿真和实验结果的分析可知,在利用平面十字型磁传感器测量阵列的磁测信息进行测距和定位时,影响测距和定位精度的主要因素是磁传感器噪声水平、阵列基线以及传感器与待测目标的距离,而磁性目标姿态对测距精度的影响很小。该测距方法相比直接反演法,抗噪性能更好,受磁性目标姿态影响更小,更有利于提高测距和定位精度。其次,为了避开测量磁性目标磁场三分量的技术难题、克服地磁场的影响,提出了基于磁性目标磁梯度张量特征值和特征向量的定向和定位方法。该方法以磁梯度张量信息作为磁测信息,以测量坐标系下的测量点坐标作为辅助信息,首先通过单点梯度张量解得位置方向矢量,包括虚解和正解,然后利用辅助信息确定正解并实现定位。对影响该方法定向和定位精度的主要因素进行了理论与仿真分析。最后实验结果表明该方法是可行的,但是定位误差较大,还需要进一步完善。本课题以等效为磁偶极子模型的磁性目标为研究对象,利用不同的测量信息研究了目标定位方法,每一种方法的重点解决的问题都是磁性目标定位技术中的一些难题,但是每种方法也都有其缺点,因此在实际应用中要根据实际情况进行选择,同时也给下一步研究明确了方向。