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消磁站水下磁传感器定位方法

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admin 发表于 2024-12-14 02:22 | 查看全部 阅读模式

文档名:消磁站水下磁传感器定位方法
摘要:采用消磁站海底平面磁传感器阵列进行测量是获取舰艇磁场的主要途径,水下磁传感器位置误差是影响舰艇磁场测量的主要因素.针对该问题,将磁场与深度测量数据相融合,提出一种基于磁场梯度优化的消磁站水下磁传感器定位方法.将通电螺线管线圈等效成磁偶极子,通过磁传感器位置偏差区域x和y方向的平均磁场梯度优化确定线圈的两组磁源移动位置,结合深度测量数据分别建立方程组构造目标函数,并采用动态学习策略多群体粒子群算法进行优化求解,从而实现消磁站水下磁传感器的高精度定位.在系统分析和评估深度传感器精度、环境磁噪声等影响规律的基础上,开展位置校正数值模拟和物理缩比模型实验.实验结果表明,该方法可有效地解决消磁站水下磁传感器的定位问题,定位误差小于0.1m,能够满足舰艇磁场的测量要求.

Abstract:Atpresent,themainwaytomeasureaship'smagneticfieldisbythemagneticsensorarrayinstalledonthesubmarineplaneofthefixeddepermingstation.Theinstallationofunderwatermagneticsensorsisparticularlydifficultduetothecomplexandchangeablesubmarineenvironment.Thereisacertainpositiondeviationbetweentheinstallationpositionoftheunderwatermagneticsensorsandthepresetpositioninactualengineering,whichisthemainfactoraffectingthemagneticfieldmeasurementoftheship.Inaddition,withthecontinuousdevelopmentofmagneticminesandairbornemagneticprospecting,therequirementsforthemagneticprotectioncapabilityofshipsarebecomingincreasinglystrict.Therefore,combiningmagneticfieldanddepthmeasurementdata,alocalizationmethodforunderwatermagneticsensorsisproposedbasedonoptimizingthemagneticfieldgradienthasbeenproposed.Firstly,thepiermesheswithasuitablegridspacingl.Secondly,theenergizedsolenoidcoilisequivalenttoamagneticdipole.Whenthemagneticdipoleislocatedateachgridnode,theaveragemagneticfieldgradientsinthex-axisandy-axisdirectionsoftheregion60cm×60cm×60cmcenteredonthesensorarecalculated.Simultaneously,thecoilcoordinatesarerecorded.Thentheaveragemagneticfieldgradientsinthethreedirectionsaresortedfromlargetosmall.Thirdly,themagneticsourceismovedonthegridnodescorrespondingtothefirstkaveragemagneticfieldgradientsinthex-axisandy-axisdirections,andunderwatermagneticsensorsmeasurethemagneticfieldofthemagneticsource.Fourthly,themagneticsourcedataaremeasuredinthex-axisandy-axisdirections,andthedepthdataareusedtoconstructtheobjectivefunction.Anovelmulti-swarmparticleswarmoptimizationwithadynamiclearningstrategyisusedtoobtainthex-axisandy-axiscomponentsofthepositiondeviation.Inthelocatingmodel,themovingpositionsofthemagneticsourcearedeterminedbyoptimizingtheaveragemagneticfieldgradientsinthex-axisandy-axisdirections.Hence,thelocalizationaccuracyofthemagneticsensorsinthex-axisandy-axisdirectionsisgreatlyimproved.Inaddition,thedepthofthemagneticsensorismeasuredbythedepthsensor,whichavoidstheimprecisesolutionofz-axiscomponents.Inthispaper,theeffectivenessofthismethodisprovedbynumericalsimulationexperimentsandphysicalscalemodelexperimentsunderthesizeoftypicaldegaussingstations.Thefollowingmainconclusionsaredrawnasfollows:(1)Therelationshipbetweenthepositioncorrectionerrorandthenumberofmovingpositionskofthemagneticsourceisstudiedquantitatively.Whenthenumberofmovingpositionskofthemagneticsourcereaches12timesunderthegridspacingof2m,thepositioncorrectionerrornolongerdecreaseswiththeincreaseofkandbasicallyreachesthesaturationstate.(2)Throughnumericalsimulations,theinfluenceofenvironmentalmagneticnoiseonthelocalizationofunderwatermagneticsensorsisthemostsignificant.Thenumericallocalizationexperimentofunderwatermagneticsensorsindifferentpositiondeviationstateswascarriedout.Aftercorrection,themeanvalueoftheaverageerrorofsensorswas0.023m,themeanvalueofthemaximumerrorwas0.056m,andthemeanvalueofthevariancewas2.26×10-4m2,whichmettherequirementformagneticfieldmeasurementofshipsinadegaussingstation.(3)Thephysicalscalemodelexperimentofthefixeddepermingstationisdesigned.Theexperimentalresultsshowthattheaverageerrorofthesensoris5mm,anditsamplificationis0.043maccordingtothescale(1∶8.5),almostconsistentwiththenumericalsimulationresults.Theeffectivenessandaccuracyoftheproposedmethodareverified.

作者:王玉芬  周国华  吴轲娜  李林锋Author:WangYufen  ZhouGuohua  WuKena  LiLinfeng
作者单位:海军工程大学电气工程学院武汉430033
刊名:电工技术学报
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(4)
分类号:TM153
关键词:磁场梯度  定位  水下磁传感器  深度传感器  
Keywords:Magneticfieldgradients  localization  underwatermagneticsensor  depthsensor  
机标分类号:TN911.7TP391.41U661.5
在线出版日期:2024年3月5日
基金项目:国家自然科学基金,海军工程大学自主立项项目消磁站水下磁传感器定位方法[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(4)王玉芬  周国华  吴轲娜  李林锋采用消磁站海底平面磁传感器阵列进行测量是获取舰艇磁场的主要途径,水下磁传感器位置误差是影响舰艇磁场测量的主要因素.针对该问题,将磁场与深度测量数据相融合,提出一种基于磁场梯度优化的消磁站水下磁传感器定位方法...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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2024-12-14 02:22 上传
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