【技术实现步骤摘要】
本公开实施例涉及水下定位，尤其涉及一种基于轴频磁场信息的水下运动目标定位方法及装置。
技术介绍
1、海上舰船、潜艇等水下运动目标抵近海域时，若目标距离较远时，由于对运动目标的定位能力不足，从而会导致不能及时且准确的判断运动目标具体位置。然而，水下运动目标的钢质船壳会因不同金属材料间产生的电化学反应不断被腐蚀，从而产生腐蚀电流。由于舰船安装了阴极保护装置，腐蚀电流通过推进器，受到可变轴承电阻的调制，形成轴频电磁场。轴频电磁场具有极低的频率，具有信号衰减慢、传播距离远，受地磁场的干扰较小的优点，在目标探测与定位方面具有一定的应用前景。
技术实现思路
1、为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提供一种基于轴频磁场信息的水下运动目标定位方法，用以解决现有技术中存在对远距离运动目标定位能力不足的问题。
2、根据本公开实施例的第一方面，提供一种基于轴频磁场信息的水下运动目标定位方法，该方法包括：
3、获取目标产生的轴频磁场信号，并利用随机共振系统对轴频磁场信号进行增强；
4、对增强后的轴频磁场信号进行频谱分析，以得到轴频磁场信号的基频信息；
5、根据基频信息和磁传感器阵列的基线尺度，结合轴频磁场信号的时谐偶极子模型，构建目标的方位角与距离的最优化函数；
6、求解最优化函数，以得到目标的位置信息。
7、进一步的，该方法还包括：
8、根据磁传感器阵列建立目标定位模型和定位坐标系；其中，磁传感器阵列包括m个磁传感器；
9、以目标为定位坐标系的原点，设定目标到磁传感器阵列中第 i个磁传感器的距离为，方位角为， i∈0~m，磁传感器阵列中相邻磁传感器间的基线尺度为 l。
10、进一步的，获取目标产生的轴频磁场信号，并利用随机共振系统对轴频磁场信号进行增强的步骤中，包括：
11、利用磁传感器阵列获取目标产生的轴频磁场信号，并分别得到目标的轴频磁场信号在定位坐标系的x轴方向上的轴频磁场信号分量、y轴方向上的轴频磁场信号分量和z轴方向上的轴频磁场信号分量；
12、利用随机共振系统对分别对x轴方向上的轴频磁场信号分量、y轴方向上的轴频磁场信号分量和z轴方向上的轴频磁场信号分量进行微弱信号的增强，以得到增强后的x轴方向上的轴频磁场信号分量、y轴方向上的轴频磁场信号分量和z轴方向上的轴频磁场信号分量。
13、进一步的，对增强后的轴频磁场信号进行频谱分析，以得到轴频磁场信号的基频信息的步骤中包括：
14、利用快速傅里叶变换分别对增强后的x轴方向上的轴频磁场信号分量、y轴方向上的轴频磁场信号分量和z轴方向上的轴频磁场信号分量进行频谱分析，获取轴频磁场信号在x轴方向上的基频信息、y轴方向上的基频信息和z轴方向上的基频信息，其中，基频信息包括x轴方向上的基频信息、y轴方向上的基频信息和z轴方向上的基频信息。
15、进一步的，根据基频信息和磁传感器阵列的基线尺度，结合轴频磁场信号的时谐偶极子模型，构建目标的方位角与距离的最优化函数的步骤中，包括：
16、基于目标轴频磁场的时谐偶极子模型，结合轴频磁场信号、基线尺度、x轴方向上的基频信息、y轴方向上的基频信息和z轴方向上的基频信息，构建最优化函数。
17、进一步的，最优化函数的表达式为：
18、
19、其中， k为磁传感器的个数， k为传感器标号， n为采样数据，为第 i个磁传感器测量到的磁场数据，为轴频磁场信号的基频信息，为目标到磁传感器阵列中第 i个磁传感器的方位角，为目标到第 i个磁传感器的距离，为目标到磁传感器阵列中第 i+1个磁传感器的距离，为目标到磁传感器阵列中第 i+1个磁传感器的方位角，为磁传感器阵列中相邻磁传感器间的基线尺度，为正则化常数。
20、进一步的，求解最优化函数，以得到目标的位置信息的步骤中，包括：
21、利用粒子群算法求解最优化函数得到目标的位置信息；
22、其中，目标的位置信息包括目标的实际方位角和实际距离。
23、根据本公开实施例的第二方面，提供一种基于轴频磁场信息的水下运动目标定位装置，该装置包括：
24、信号获取模块，用于获取目标产生的轴频磁场信号，并利用随机共振系统对轴频磁场信号进行增强；
25、基频信息提取模块，用于对增强后的轴频磁场信号进行频谱分析，以得到轴频磁场信号的基频信息；
26、数据处理模块，用于根据基频信息和磁传感器阵列的基线尺度，结合轴频磁场信号的时谐偶极子模型，构建目标的方位角与距离的最优化函数；
27、输出模块，用于求解最优化函数，以得到目标的位置信息。
28、本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
29、本公开的实施例中，通过上述基于轴频磁场信息的水下运动目标定位方法及装置，一方面，根据目标产生的轴频磁场信号，设计双稳态随机共振系统，实现了微弱轴频磁场信号的增强；通过频谱分析，获得目标的轴频磁场信号的基频大小；根据传感器阵列的基线尺度，利用测量的轴频磁场信号与轴频磁场模型，构建目标方位信息的最优化函数；采用粒子群算法求解目标方位信息的最优化函数，获得目标的位置信息，以实现对目标的定位。另一方面，能够有效抑制磁噪声对目标定位的影响，实现对远距离运动目标的定位；且针对目标轴频磁场信息获取，设计了对应的线性分布的磁传感器阵列，通过磁传感器的几何结构关系，以实现运动平台对目标的单点定位。
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1.一种基于轴频磁场信息的水下运动目标定位方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述基于轴频磁场信息的水下运动目标定位方法，其特征在于，该方法还包括：
3.根据权利要求2所述基于轴频磁场信息的水下运动目标定位方法，其特征在于，获取目标产生的轴频磁场信号，并利用随机共振系统对轴频磁场信号进行增强的步骤中，包括：
4.根据权利要求3所述基于轴频磁场信息的水下运动目标定位方法，其特征在于，对增强后的轴频磁场信号进行频谱分析，以得到轴频磁场信号的基频信息的步骤中包括：
5.根据权利要求4所述基于轴频磁场信息的水下运动目标定位方法，其特征在于，根据基频信息和磁传感器阵列的基线尺度，结合轴频磁场信号的时谐偶极子模型，构建目标的方位角与距离的最优化函数的步骤中，包括：
6.根据权利要求5所述基于轴频磁场信息的水下运动目标定位方法，其特征在于，最优化函数的表达式为：
7.根据权利要求5所述基于轴频磁场信息的水下运动目标定位方法，其特征在于，求解最优化函数，以得到目标的位置信息的步骤中，包括：
8.一种
...【技术特征摘要】
1.一种基于轴频磁场信息的水下运动目标定位方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述基于轴频磁场信息的水下运动目标定位方法，其特征在于，该方法还包括：
3.根据权利要求2所述基于轴频磁场信息的水下运动目标定位方法，其特征在于，获取目标产生的轴频磁场信号，并利用随机共振系统对轴频磁场信号进行增强的步骤中，包括：
4.根据权利要求3所述基于轴频磁场信息的水下运动目标定位方法，其特征在于，对增强后的轴频磁场信号进行频谱分析，以得到轴频磁场信号的基频信息的步骤中包括：
5....
【专利技术属性】
技术研发人员：樊黎明，杜志涛，雷波，
申请(专利权)人：西北工业大学青岛研究院，
类型：发明
国别省市：
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