基于磁梯度张量和矢量的主动式磁目标定位系统及其校正补偿技术

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基本信息

项目摘要

Scalar measurement of magnetic signal is widely used for submarine and unexploded object (UXO) detection, but it is not suitable for localization because several measurement locations should be implemented using scalar measurement. An active magnetic object localization instrument is designed, and the error reasons and influence are analyzed. The major error reasons contain measurement noise, magnetic sensor error, misalignment between inertial system and magnetic sensor, inertial system distortion field, magnetic sensor array error. Wavelet analysis and differential evolution algorithm are used for denoising and calibration. Misalignment between inertial system and magnetic sensor is calibrated based on constant magnetic/gravity projection on the vertical direction of platform. Distortion field vector compensation method is used by laser beam and reflector. Magnetic sensor array error is calibrated by using nonmagnetic perpendicular platform. The designed instrument provides a good way for real time localization of magnetic object. In addition, the mentioned calibration/compensation method can be widely used for other magnetic measurement system calibration.
磁信号模量测量技术广泛用于潜艇和未爆炸物探测，但模量探测技术不适用于目标定位，基于总量的磁目标定位需要获取多个位置的磁测量数据。本项目设计了一种主动式磁目标定位系统，对误差机理和影响进行了分析。系统误差主要包括测量噪声、磁传感器误差、地磁矢量系统非对准误差、惯导磁干扰、磁传感器阵列误差。噪声和磁传感器误差方面，研究基于小波去噪和微分进化算法的磁传感器校正。地磁矢量系统非对准误差方面，研究基于平台垂直轴磁场/重力投影不变原理的对准方法。惯导磁干扰方面，研究基于激光束和反光镜的磁干扰分量补偿方法。磁传感器阵列误差方面，研究基于直角台的磁传感器阵列对准。本项目提供了一种主动式磁目标实时定位途径，涉及的校正补偿方法可通用于其他磁测量系统校正。

结项摘要

针对目前缺乏主动式磁目标定位系统现状，以及系统多类误差严重影响测量精度问题。本项目设计了主动式磁目标定位系统，并对其几类主要误差进行校正补偿，完成了项目计划书中预定的研究目标。提出了一种基于磁梯度张量和地磁矢量的运动式定位方法，采用惯导系统和磁传感器阵列进行磁目标定位。进行了传感器误差建模与机理分析、实现了磁测量噪声预处理以及磁传感器校正。针对惯导与磁传感器非对准面临的坐标不可视、测量物理量不一致难题，提出了地磁矢量系统非对准方法，根据地磁和重力在旋转台平面垂直方向投影不变特性，间接估算出惯导与磁传感器两个不同物理量传感器的非对准角，实现对准。针对主动式定位系统测量磁梯度张量需求，提出了基于投影不变原理的磁传感器阵列校正方法，实现多个磁传感器之间对准。针对总量约束干扰补偿方法无法正确计算干扰参数，难适用于分量补偿，提出了基于基准地磁信息的分量补偿方法，准确获取了磁干扰参数，实现了惯导磁干扰分量补偿，抑制了地磁矢量系统主要误差。针对捷联式系统多类误差，建立了综合误差模型，提出了一体化校正补偿方法。针对低信噪比情况下，微弱磁异探测信号容易被噪声淹没且难以提取问题，提出了基于双稳随机共振的磁异信号探测方法。本项目为磁目标主动式定位提供了一种可行方案，通过校正补偿大幅度提高测量精度，并推向实用化，涉及的校正补偿方法可用于各类磁测量系统，具有一定推广性。该项目研究周期内，在《IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT》、《IEEE SENSORS JOURNAL》等期刊上共支持发表SCI论文7篇。

项目成果

期刊论文数量（7）
专著数量（1）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
The application of attitude change information in magnetic interference component suppression
姿态变化信息在磁干扰分量抑制中的应用
  • DOI：
    10.1016/j.measurement.2020.107841
  • 发表时间：
    2020-08-01
  • 期刊：
    MEASUREMENT
  • 影响因子：
    5.6
  • 作者：
    Pang, Hongfeng;Pan, Mengchun;Wan, Chengbiao
  • 通讯作者：
    Wan, Chengbiao
Magnetic Anomaly Detection Using a Parallel Stochastic Resonance System
使用并行随机共振系统进行磁异常检测
  • DOI：
    10.1109/tim.2022.3145356
  • 发表时间：
    2022-01-01
  • 期刊：
    IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT
  • 影响因子：
    5.6
  • 作者：
    Wan, Chengbiao;Pang, Hongfeng;Yang, Daoning
  • 通讯作者：
    Yang, Daoning
A new misalignment calibration method of portable geomagnetic field vector measurement system
便携式地磁场矢量测量系统失准校准新方法
  • DOI：
    10.1016/j.measurement.2020.108041
  • 发表时间：
    2020-06
  • 期刊：
    Measurement
  • 影响因子：
    5.6
  • 作者：
    Hongfeng Pang;Mengchun Pan;Wei Qu;Lei Qiu;Jun Yang;Yuntao Li;Chengbiao Wan;Xuejun Zhu
  • 通讯作者：
    Xuejun Zhu
Research on Rebound Jamming Against Multi-Input Multi-Output Synthetic Aperture Radar
针对多输入多输出合成孔径雷达的回弹干扰研究
  • DOI：
    10.1109/access.2020.2997975
  • 发表时间：
    2020-05
  • 期刊：
    IEEE Access
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Yuntao Li;Hongfeng Pang;Lei Li;Wei Qu;Zhennan Wang
  • 通讯作者：
    Zhennan Wang
The New Component Compensation Method and Field Application of Portable Geomagnetic Field Measurement Instrument
便携式地磁场测量仪的新型元件补偿方法及现场应用
  • DOI：
    10.1109/access.2021.3121731
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    IEEE Access
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Hongfeng Pang;Wei Qu;Yuntao Li;Jun Yang;Mengchun Pan;Lei Qiu;Daoning Yang;Chengbiao Wan;Xuejun Zhu
  • 通讯作者：
    Xuejun Zhu

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其他文献

Three Axis Fluxgate Magnetometer Array Calibration Using Nonmagnetic Rotation Platform
使用非磁性旋转平台的三轴磁通门磁力计阵列校准
  • DOI：
    10.1166/sl.2013.2984
  • 发表时间：
    2013-08
  • 期刊：
    Sensor Letters
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    庞鸿锋;陈棣湘;潘孟春
  • 通讯作者：
    潘孟春

其他文献

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庞鸿锋的其他基金

基于微弱磁信号增强检测的海域目标融合式探测方法
  • 批准号：
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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