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地磁背景下基于传感器阵列的磁偶极子目标跟踪方法

陈路昭 冯永强 郭瑞杰 朱万华 方广有

引用本文: 陈路昭, 冯永强, 郭瑞杰, 朱万华, 方广有. 地磁背景下基于传感器阵列的磁偶极子目标跟踪方法[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(3): 573-581. doi: 10.11999/JEIT190236 shu
Citation:  Luzhao CHEN, Yongqiang FENG, Ruijie GUO, Wanhua ZHU, Guangyou FANG. Magnetic Dipole Object Tracking Algorithm Based on Magnetometer Array in Geomagnetic Background[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2020, 42(3): 573-581. doi: 10.11999/JEIT190236 shu

地磁背景下基于传感器阵列的磁偶极子目标跟踪方法

    作者简介: 陈路昭: 男,1992年生,博士,研究方向为传感器阵列的磁信号处理方法、运动平台磁干扰补偿技术;
    冯永强: 男,1985年生,博士生,研究方向为航磁系统硬件设计与航磁数据处理方法;
    郭瑞杰: 女,1992年生,硕士,研究方向为组合导航与系统控制技术;
    朱万华: 男,1982年生,副研究员,主要研究方向为高灵敏度磁场传感器关键技术、高性能磁屏蔽关键技术;
    方广有: 男,1963年生,研究员,主要研究方向为超宽带电磁场理论及工程应用、超宽带雷达成像技术、微波成像新方法和新技术
    通讯作者: 朱万华,whzhu@mail.ie.ac.cn
  • 基金项目: 国家自然科学基金青年基金资助(41704177)和国家重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项资助(2018YFC0603201)

摘要: 针对地磁背景下磁偶极子目标跟踪过程中存在的地磁干扰与模型非线性的问题,该文提出一种基于差量磁异常的蒙特卡洛卡尔曼滤波(MCKF)跟踪方法。新的跟踪方法以传感器阵列测量磁场的差量作为观测信号,并利用蒙特卡洛卡尔曼滤波算法解决模型的非线性问题,实现磁偶极子目标的实时跟踪。通过仿真跟踪实验,结果表明该文算法较传统的扩展或无迹卡尔曼滤波算法在稳定跟踪过程中对目标特征参数的估计更精确;通过地磁背景跟踪实验,结果验证了该文算法较传统算法在低信噪比下的性能优势。

English

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  • 图 1  仿真磁偶极子运动轨迹与传感器分布位置

    图 2  传感器测量结果

    图 3  基于MCKF跟踪算法的流程图

    图 4  仿真磁偶极子跟踪结果对比

    图 5  真实目标跟踪实验

    图 6  跟踪实验模拟磁性目标体

    图 7  阵列传感器测量磁场与差量磁场

    图 8  模拟磁性目标的位置跟踪结果

    图 9  模拟磁性目标的磁矩跟踪结果

    表 1  不同跟踪算法各方向投影轨迹跟踪误差(m)

    跟踪算法时间区间
    1~40点41~80点81~120点120~160点160~200点
    x方向EKF0.06510.01270.00230.00570.0409
    UKF0.06890.01270.00240.00570.0410
    MCKF0.21430.01530.00240.00390.0218
    y方向EKF0.04910.01130.00590.01000.0319
    UKF0.05120.01120.00610.00960.0318
    MCKF0.12370.01150.00420.00610.0158
    z方向EKF0.04300.00890.00210.00420.0163
    UKF0.04360.00880.00220.00410.0164
    MCKF0.04560.00860.00220.00430.0198
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    表 2  不同蒙特卡洛样本点数的算法各方向投影轨迹跟踪误差(m)

    表2(a) x方向
    蒙特卡洛样本点数时间区间
    1~4041~8081~120120~160160~200
    500.28170.02420.00350.00520.0264
    1000.24810.01940.00300.00460.0231
    2000.21430.01530.00240.00390.0218
    4000.23160.01590.00230.00390.0212
    表2(b) y方向
    蒙特卡洛样本点数时间区间
    1~4041~8081~120120~160160~200
    500.16580.01680.00490.00690.0192
    1000.14420.01410.00470.00630.0166
    2000.12370.01150.00420.00610.0158
    4000.13460.01180.00430.00590.0151
    表2(c) z方向
    蒙特卡洛样本点数时间区间
    1~4041~8081~120120~160160~200
    500.05690.01240.00310.00530.0242
    1000.04960.01050.00260.00460.0202
    2000.04560.00860.00220.00430.0198
    4000.04660.00900.00210.00420.0195
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图(9)表(2)
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  • 通讯作者:  朱万华, whzhu@mail.ie.ac.cn
  • 收稿日期:  2019-04-10
  • 录用日期:  2019-12-01
  • 网络出版日期:  2019-12-09
  • 刊出日期:  2020-03-01
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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