[发明专利]一种基于多磁偶极子反演的海洋导航辅助方法

说明书

本发明公开了一种基于多磁偶极子反演的海洋导航辅助方法：(1)载体实时测量航迹上的磁场矢量与梯度张量数据；(2)设计具有有效性判定系数的目标函数，设置多于真实个数的初始磁偶极子组合，并对所有磁偶极子赋予坐标和磁矩初始值；(3)利用航迹上测量得到的磁场矢量和梯度张量数据，利用非线性最小二乘法对磁偶极子的位置、磁矩参数，以及有效性判定系数中的未知参数进行优化解算；(4)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结果；(5)采用磁偶极子组合为运动载体的导航定位提供空间参照。本发明能实现对多磁偶极子磁源数量、三维位置以及磁矩的准确识别和解析，为运动载体的导航定位提供空间参照。

技术领域

本发明涉及海洋导航定位技术，特别涉及一种基于多磁偶极子反演的海洋导航辅助方法。

背景技术

可靠的水下导航定位技术是对航行器水下作业的关键。目前主要应用的水下导航定位技术包括：惯性导航、水声定位以及地球物理场匹配导航。惯性导航系统是主体，但其误差随时间积累，需要其他方式加以辅助，而水声定位技术的区域限制性很强。地球物理场匹配导航是一种对惯性导航的重要辅助方式，它利用海洋磁场、重力场、海底地形等物理场的空间特征变化特性，通过将实测数据在先验地图上进行特征匹配，实现定位，但其缺点是需要事先准确测量的地球物理场数据来制备先验地图，这使得其在未知环境下将无法应用。因此本申请研究利用实测的磁场信息，对地表或浅地层的偶极子磁源进行实时准确反演，并将其作为路标特征，从而实现对航行器导航的辅助，本方法可以很好的应用到环境信息位置的情形中。

目前对于磁偶极子反演技术的研究，主要以单磁源为主，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，但该方法由于使用磁场矢量特征，噪声敏感型很高，而且只能计算位置，无法确定磁偶极子的磁矩。也有学者将单源定位方法推广到多源状态下，如多源欧拉方法、维纳褶积方法等，但依然只能计算位置信息，而且需要已知磁源的数量，其中多源欧拉方法由于需要计算高阶导数，其噪声敏感型进一步提升。

针对上述方法中的不足，本申请通过设计一种具有待定系数的目标函数，提出一种基于磁场梯度张量和场分量的多磁偶极子非线性反演方法。该方法可以准确识别磁偶极子的数量，并对其三维位置和磁矩信息进行准确解析。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，面向多磁偶极子磁源混叠的场景，提供一种基于多磁偶极子反演的海洋导航辅助方法。本申请通过设计一种新型的基于待定系数法的多磁偶极子反演方法，实现对多磁偶极子磁源数量、三维位置以及磁矩的准确识别和解析，为运动载体的导航定位提供空间参照。

本发明所采用的技术方案是：一种基于多磁偶极子反演的海洋导航辅助方法，包括以下步骤：

步骤1，在多偶极子磁源磁场混叠的环境中，载体实时测量航迹上的磁场矢量与梯度张量数据；

步骤2，设计具有有效性判定系数的目标函数，设置初始磁偶极子组合，其中，所述初始磁偶极子组合所包含的磁偶极子的个数多于真实磁偶极子的个数，并对所述初始磁偶极子组合中的所有磁偶极子赋予坐标和磁矩初始值；

步骤3，利用航迹上测量得到的磁场矢量和梯度张量数据，利用非线性最小二乘法对磁偶极子的位置、磁矩参数，以及有效性判定系数中的未知参数进行优化解算；

步骤4，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，作为反演结果；

步骤5，采用步骤4获得的磁偶极子组合为运动载体的导航定位提供空间参照，实现对运动载体导航的辅助。

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、利用梯度仪实时测量航行轨迹上的磁场梯度信息；