高精度磁信标中心位置与姿态角标定方法 被引量：7

1

作者 郑元勋 李清华 +2 位作者 王常虹 于文昭 孙强 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期353-359,共7页

针对磁信标导航中磁信标实际产生磁场中心与姿态角难标定的问题,提出一种基于低频时变磁场特征矢量的高精度磁信标标定方法。首先根据磁信标在三维空间中的磁场模型,利用多个位置与姿态已知的磁强计对待标定磁信标进行测量,解算实际磁... 针对磁信标导航中磁信标实际产生磁场中心与姿态角难标定的问题,提出一种基于低频时变磁场特征矢量的高精度磁信标标定方法。首先根据磁信标在三维空间中的磁场模型,利用多个位置与姿态已知的磁强计对待标定磁信标进行测量,解算实际磁场中心位置。再根据磁场中心位置与磁强计测量到的磁场方向矢量解算实际磁场的坐标轴姿态角,实现对磁信标的高精度标定。仿真条件下,磁信标中心位置标定精度可达0.009 m,姿态角精度可达0.13°;在实际实验中,目标位置与姿态角解算精度相比传统方法分别提高了28.6%与62.8%,充分验证所提方法具有更高的可靠性与有效性。利用该方法标定后的磁信标为磁信标导航系统提供了更可靠、精确、适应性更强的时变磁场信号源。 展开更多

关键词 低频磁场 磁信标 方向矢量 姿态角

在线阅读 下载PDF 职称材料

空间磁信标定位系统的信源结构设计 被引量：5

2

作者 王润 杨宾峰 +1 位作者 赵震 管桦 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期102-110,共9页

磁信标导航定位系统的信源主要有永磁体磁信标和通电螺线管磁信标两种,基于毕奥-萨伐尔定理提出了锥形组合结构和平面交叉组合结构的永磁体磁信标设计方案,通过与现有的单永磁体信标及正交永磁体信标进行对比,得出锥形组合结构磁信标在... 磁信标导航定位系统的信源主要有永磁体磁信标和通电螺线管磁信标两种,基于毕奥-萨伐尔定理提出了锥形组合结构和平面交叉组合结构的永磁体磁信标设计方案,通过与现有的单永磁体信标及正交永磁体信标进行对比,得出锥形组合结构磁信标在与平面夹角为70°时产生的磁场信号性能最佳,在二维平面内能够明显提高信号的指向性;设计磁体夹角为60°的平面交叉组合信标,改善了现有信标存在信号盲区的问题并且提高了信号的传输距离。针对平面交叉组合旋转磁信标分析一元组合信标与二元阵列组合信标产生的磁场性能,仿真结果表明,在不同属性的传播介质中阵列布设信标产生的磁场信号鲁棒性更好。利用NdFeB永磁体材料搭建信号检测分析系统,在基线为5 m,信标旋转角度差值为0时,两种信标布设方法产生的最大误差分别为3.55 nT和5.80 nT,证明了所设计的磁信标结构的实用性,为磁导航定位系统的信号传输距离有限、信号提取困难等问题提供了有效地解决方案。 展开更多

关键词 磁定位系统 磁信标 有限元分析 优化设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于双十字形测量结构的磁信标定位方法 被引量：5

3

作者 赵震 杨宾峰 +1 位作者 王润 管桦 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期70-74,共5页

为解决地磁场对磁信标定位影响较大的问题,首先提出了一种两点式磁梯度张量解算运动载体位置的定位算法,然后通过对定位算法进行分析,设计出测量两点磁梯度张量的双十字形测量结构,最后建立关于以位置坐标为参数的非线性方程,利用粒子... 为解决地磁场对磁信标定位影响较大的问题,首先提出了一种两点式磁梯度张量解算运动载体位置的定位算法,然后通过对定位算法进行分析,设计出测量两点磁梯度张量的双十字形测量结构,最后建立关于以位置坐标为参数的非线性方程,利用粒子群算法得出目标位置的最优解。仿真结果表明磁信标与运动载体在单一坐标轴上的距离大于25 m时,磁传感器精度和信标磁矩对定位误差影响较大,在环境磁噪声影响下,当信噪比低于80 dB时,定位误差显著增大,基于双十字形测量结构的磁信标定位方法可有效消除地磁场和其他恒定磁场的影响。 展开更多

关键词 磁信标定位 磁梯度张量 测量结构 粒子群算法

在线阅读 下载PDF 职称材料

磁信标的三维磁场计算及优化设计 被引量：2

4

作者 王润 杨宾峰 +1 位作者 孙欢 管桦 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期214-220,共7页

磁信标定位技术在现代定位领域中显示出越来越重要的作用,为确定磁信标的最佳设计结构,用Comsol Mutiphysics软件对不同结构的磁信标产生的三维磁场进行了有限元分析,讨论了磁信标的材料、结构、形状等参数不同时磁场强度的性能并对其... 磁信标定位技术在现代定位领域中显示出越来越重要的作用,为确定磁信标的最佳设计结构,用Comsol Mutiphysics软件对不同结构的磁信标产生的三维磁场进行了有限元分析,讨论了磁信标的材料、结构、形状等参数不同时磁场强度的性能并对其进行优化设计。在此基础上分别研究了单、正交、阵列永磁体磁信标及单、正交螺线管磁信标的场强特性,使用MATLAB软件对不同结构磁信标的场强大小及稳定性进行了仿真模拟,得出对永磁体磁信标来说,正交组合磁信标产生的磁场稳定性更好,对螺线管来说,加磁芯的正交螺线管磁场强度稳定性较好,适用于高精度磁信标定位系统。不同阵列磁信标的最佳基线长度不同,产生的磁场强度约为组合磁信标的倍数,但随着距离的增加磁场变化率较大造成场强分布不稳定,适用于误差容错较高的磁信标定位系统。 展开更多

关键词 磁信标 有限元分析 磁场性能 优化设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

一种基于置信评估的多磁信标选择方法及应用 被引量：1

5

作者 郑元勋 王晓光 +2 位作者 胡利峰 李清华 王常虹 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期778-782,788,共6页

针对灵巧无人平台系统携带的能源与计算资源有限,利用磁信标导航定位过程中可用磁信标过度冗余占用大量系统资源的问题,提出一种基于置信评估的多磁信标选择方法,考虑平衡导航定位精度与系统资源占用之间的关系,有效选择最少数量的磁信... 针对灵巧无人平台系统携带的能源与计算资源有限,利用磁信标导航定位过程中可用磁信标过度冗余占用大量系统资源的问题,提出一种基于置信评估的多磁信标选择方法,考虑平衡导航定位精度与系统资源占用之间的关系,有效选择最少数量的磁信标最优组合,既减少系统资源的消耗,提高系统快速性,又能保证多磁信标导航定位的精度。首先根据目标处对各个磁信标的观测信息建立伪后验概率密度分布模型;再根据各磁信标的伪后验概率,实现对各个磁信标的置信评估并计算置信度;最后根据置信度依据磁信标数量约束条件,选择当前测量环境适合参与导航解算的最优磁信标组合。在实验结果中,利用所提出的方法,相对于较差的磁信标组合精度提高65.98%;而相对于仅依靠距离选择出的次优组合,精度提高约13.92%,且最优磁信标组合选择准确率高达91.5%。实验结果证明了所提出的方法可有效选择得到最优磁信标组合,保证定位精度并节约系统资源。 展开更多

关键词 置信评估 磁信标导航 灵巧无人平台 复杂环境导航定位

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于旋转永磁信标的相位式空间目标定向机理及实验研究 被引量：1

6

作者 李博 杨宾峰 +2 位作者 向枫桦 赵震 郭娇娇 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期1312-1319,共8页

提出一种将相位式空间目标定位机理应用到人工磁信标导航的方法。为提高人工磁信标导航的定位精度,引入相位式测角的思想。实验验证过程中,首先对单个永磁体和组合型永磁体的性能进行对比分析,得出组合体性能更好。然后通过仿真分析出... 提出一种将相位式空间目标定位机理应用到人工磁信标导航的方法。为提高人工磁信标导航的定位精度,引入相位式测角的思想。实验验证过程中,首先对单个永磁体和组合型永磁体的性能进行对比分析,得出组合体性能更好。然后通过仿真分析出磁力仪在不同方位、姿态情况下测得磁信号的相位信息与方位间的关系,说明了通过测量磁信号进行相位式空间目标定位机理的可行性。最后利用实验仪器进行实际测量,进一步验证了理论的有效性。 展开更多

关键词 人工磁信标 相位式测角 空间目标定位 优化设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于磁信标的水平定向钻进导向技术研究 被引量：3

7

作者 祖雨彤 王璐 +1 位作者 巩达 胡远彪 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期100-108,共9页

为了解决现有水平定向钻进导向方法测量精度低,定位深度浅,测量数据不连续以及受磁场干扰影响大的问题,提出一种基于磁信标的水平定向钻进导向定位方法,实现水平定向钻进的位置和姿态测量;设计了基于三阶磁梯度张量的测量阵列,通过仿真... 为了解决现有水平定向钻进导向方法测量精度低,定位深度浅,测量数据不连续以及受磁场干扰影响大的问题,提出一种基于磁信标的水平定向钻进导向定位方法,实现水平定向钻进的位置和姿态测量;设计了基于三阶磁梯度张量的测量阵列,通过仿真验证该方法可以消除地磁场的影响,实现位置测量;依据惯性导航理论,利用MEMS传感器、测量阵列位置信息和零速信息进行多源数据融合,对惯性导航解算出的姿态误差进行估计和修正,提高姿态测量精度。通过地面位置测量实验对基于三阶磁梯度张量的位置测量算法进行验证,位置测量结果的平均相对误差为4.57%;通过地面姿态测量实验对多源数据融合算法进行验证,结果表明,倾角误差在0.3°以内,工具面角误差在0.7°以内,方位角的误差值在1°以内,证明了提出的姿态测量算法的准确性和有效性。研究成果可以提高非开挖水平定向钻进适用范围、实时性和定位精度,为水平定向钻进导向技术自动化提供了理论基础。 展开更多

关键词 水平定向钻进 导向技术 磁信标 多源数据融合 位置测量 姿态测量

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于磁偶极子的磁信标标定方法 被引量：2

8

作者 张明跃 李清华 +1 位作者 周子健 李新年 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2023年第2期111-115,共5页

针对磁信标产生的超低频磁场定位中磁信标磁场中心难以标定的问题,提出了一种基于磁偶极子磁感应强度分布特征的高精度磁信标标定方法。为描述磁信标在空间中任意位置产生的磁场分布情况,建立磁信标的等效磁偶极子模型,通过磁感应强度... 针对磁信标产生的超低频磁场定位中磁信标磁场中心难以标定的问题,提出了一种基于磁偶极子磁感应强度分布特征的高精度磁信标标定方法。为描述磁信标在空间中任意位置产生的磁场分布情况,建立磁信标的等效磁偶极子模型,通过磁感应强度不同方向的分量与位置关系解算出磁信标线圈磁场的中心位置,利用自适应指数平滑算法减弱自身波动对磁感应信号的影响,实现对磁信标磁场中心的高精度标定。对标定方法进行有限元仿真,仿真结果显示,使用磁感应强度分布特征对磁场中心的标定精度在毫米级别,通过对标定前后定位精度的对比发现,标定后的磁信标定位精度得到有效提高。 展开更多

关键词 磁信标 磁偶极子 磁场标定 自适应平滑

在线阅读 下载PDF 职称材料

不受姿态误差影响的惯性/磁感应融合定位方法 被引量：3

9

作者 李新年 李清华 +3 位作者 王常虹 郑元勋 王振桓 夏子权 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期469-475,共7页

针对传统电磁信标导航定位系统中由惯性元件解算磁传感器姿态误差导致定位性能下降问题,提出了一种不受传感器姿态影响的改进惯性/磁感应定位融合定位方法,避免了姿态误差对定位结果的影响。首先,基于磁信标磁场分布规律与特征矢量构建... 针对传统电磁信标导航定位系统中由惯性元件解算磁传感器姿态误差导致定位性能下降问题,提出了一种不受传感器姿态影响的改进惯性/磁感应定位融合定位方法,避免了姿态误差对定位结果的影响。首先,基于磁信标磁场分布规律与特征矢量构建了与传感器姿态无关的非线性磁感应定位模型;然后,结合惯性元件对载体目标的状态估计提出了改进的惯性/磁感应定位模型,降低了累计误差、提高了定位精度与结果的输出速度;最后,利用无迹卡尔曼滤波(UKF)对融合数据进行处理,实现对动态目标的位置估计。分别通过实验和仿真验证了不受姿态影响的磁感应定位模型以及惯性/磁感应定位方法的有效性。实验结果表明磁感应定位模型能够不受传感器姿态误差的影响实现定位;数值仿真结果表明惯性元件解算姿态辅助磁信标定位方法的最大误差为7.29 m,基于改进的惯性/磁感应融合定位方法最大误差0.77 m。 展开更多

关键词 磁感应定位 惯性/磁场融合定位 室内定位 磁信标定位

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于磁梯度张量的旋转永磁体定位技术 被引量：4

10

作者 王润 杨宾峰 +1 位作者 孙欢 管桦 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2020年第9期2085-2090,共6页

为解决现有无线导航定位系统在一些特殊场合定位精度不高甚至出现无法使用等问题,根据磁场信号穿透力强、可全天候工作的优势,提出了一种基于磁梯度张量(magnetic gradient tensor,MGT)的旋转永磁体三维定位技术。首先,利用旋转单永磁... 为解决现有无线导航定位系统在一些特殊场合定位精度不高甚至出现无法使用等问题,根据磁场信号穿透力强、可全天候工作的优势,提出了一种基于磁梯度张量(magnetic gradient tensor,MGT)的旋转永磁体三维定位技术。首先,利用旋转单永磁体作为磁信标产生固定频率的正弦磁场信号,在接收端依据信号特征采用总体最小二乘法提取信号。然后,利用Matlab软件对接收到的信号进行数据处理,解算出MGT及磁场强度的大小,通过建立数学模型求得位置信息。最后,在3种旋转频率下对所提出的方法进行实验验证,在45 m内的平均定位误差为0.24 m。分析表明,该方法能够有效降低环境磁场的干扰,具有隐蔽性、实时性等优点,在地下钻进系统、水下航行器运行等领域具有较好的发展前景。 展开更多

关键词 导航定位系统 旋转磁信标 磁梯度张量 总体最小二乘法

在线阅读 下载PDF 职称材料

石油钻进中平行水平井垂直距离测定方法研究

11

作者 李德胜 涂兵 +1 位作者 贺建 刘本东 《北京工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期1618-1622,1653,共6页

针对蒸汽辅助重力泄油(SAGD)中注气井和产油井垂直距离的测距问题,提出了通过磁通门感应旋转磁信标中产生的交变磁场来进行垂直距离测距.并利用磁通门三轴感应输出值来计算2井眼之间的垂直距离,使注汽井和产油井的井眼轨迹保持在一定的... 针对蒸汽辅助重力泄油(SAGD)中注气井和产油井垂直距离的测距问题,提出了通过磁通门感应旋转磁信标中产生的交变磁场来进行垂直距离测距.并利用磁通门三轴感应输出值来计算2井眼之间的垂直距离,使注汽井和产油井的井眼轨迹保持在一定的范围内.由于钻具铁磁性材料会对距离测量产生误差,用当地磁场来对干扰磁场进行距离测量的校正,实验测量表明,该校正方法能在磁性材料干扰的环境下获得准确的垂直距离,具有简单、有效、实用的特征. 展开更多

关键词 蒸汽辅助重力泄油 磁通门 磁信标 干扰磁场

在线阅读 下载PDF 职称材料