基于卡亨南-洛维展开的修正 OBF 磁目标检测方法

针对磁异信号的检测通常会受到地磁噪声干扰的问题，在磁干扰补偿研究的基础上，提出一种基于卡亨南-洛维展开的修正OBF磁目标检测方法。首先构建磁干扰的椭球拟合模型，通过求解拟合模型的系数实现对干扰的总体补偿，补偿精度约30 nT;再利用卡亨南-洛维展开对OBF检测算法进行修正，提升有色背景噪声下的信号检测能力；最后开展无人机探测磁目标的实验研究，实验结果表明，修正的OBF检测算法具有更佳的检测效果，尤其是针对低信噪比目标的检测优势明显，信噪比增益提升约2 dB。     

磁异常探测中载体干扰磁场 RLS 补偿方法

针对磁异常探测中载体干扰磁场会极大的影响测量结果的问题,提出一种基于RLS算法的磁异常探测载体干扰磁场补偿方法。首先,对磁异常探测中的干扰进行分类,建立测量模型;然后,将模型转换为标准多元线性方程,通过正交约束和线性约束降低共线性,经RLS算法求解模型参数,并进行模型仿真验证算法正确性;最后,进行有无异常载体有限元仿真,通过RLS算法解算无异常时仿真数据获取补偿参数,并用补偿参数对含异常仿真数据进行补偿。结果表明：经补偿误差显著降低,无磁异常实测实验的补后改善比为10.3,该方法可用于磁异常探测中的载体干扰磁场补偿,有效提升了磁异常探测的抗干扰能力,对掩埋物检测、矿产勘探、反潜等工作都具有重要意义。     

通过人工磁异常环对航空磁测系统的标定

航空磁测系统具有广泛的用途,但是得到的数据通常包含多种来源的噪声,降低了系统对磁目标的探测能力。实验搭建了一个人工的大面积磁异常环电流线圈,并使用直升机机载光泵磁力仪对线圈在不同高度产生的磁场信号进行测量。通过对得到的信号进行去噪处理,能够标定航磁系统,进而用于航磁测量或者磁目标探测。实验和数据处理结果表明,这套系统能够在较远的距离探测到nT级的磁异常目标。     

小型无人飞行器机动过程中航姿互补滤波算法研究

磁惯导系统(MINS)广泛应用于小型无人飞行器的导航控制,能对加速度计、磁强计和陀螺仪等传感器的数据进行融合,得到航向与姿态信息,也被称为航姿参考系统(AHRS)。在频域实现数据融合的互补滤波算法是AHRS中的一种可靠姿态估计方法,具有简捷高效的优点。将基于不同传递函数及各种航姿表示形式的姿态互补滤波归纳为统一的广义互补滤波算法(GCF),分析该类算法中的乘性姿态误差,并引入运动加速度补偿方法,可以改善载体机动状态下的姿态精度。数值仿真及实验结果显示,GCF的滤波效果与无人机常用的卡尔曼滤波算法相当,而处理时间仅为后者的1/20,且GCF具有良好的数值稳定性,配合运动加速度补偿算法可有效消除线加速度对航姿测量的不利影响,尤其适合低成本、小型无人机应用场合。     

基于遗传算法的数字磁罗盘误差补偿方法研究

使用环境的磁干扰及自身误差是影响罗盘航向角精度的主要因素。基于三轴数字磁罗盘工作原理分析了磁罗盘的误差成因,建立了相应的误差模型,采用遗传算法研究了数字磁罗盘误差补偿方法。结果表明,该误差补偿方法能准确地计算出罗盘误差参数,极大地提高了数字磁罗盘的航向角精度。     

基于双变量预测控制的表贴式永磁同步电机直接转矩控制系统

基于电压矢量幅值和相角为变量的表贴式永磁同步电机(SPMSM)定子磁链幅值和转矩表达式,给出了9个不同幅值和相角的备选电压矢量,采用预测控制计算得出施加不同电压矢量下一时刻的定子磁链幅值和转矩值,建立了基于磁链和转矩误差的目标函数,并选择使目标函数最小的电压矢量为作为下一时刻施加的最优电压矢量。仿真结果表明:在双变量预测控制下,SPMSM直接转矩控制系统运行良好,定子磁链轨迹为理想圆,磁链和转矩均符合控制要求,转速跟踪良好,定子电流波形正弦。进一步对比分析表明:与开关表和固定电压矢量选择策略相比,双变量预测控制能显著减小转矩和磁链脉动。与开关表相比,转矩脉动均方根误差降低了62.92%,磁链脉动均方根误差降低了45.05%,评价函数均值降低了60.30%;与固定电压矢量选择策略相比,转矩脉动均方根误差降低了22.40%,磁链脉动均方根误差降低了3.85%,评价函数均值降低了15.93%。     

异步电机定子磁链观测方法的改进研究

针对传统直接转矩控制电压模型定子磁链观测器存在的直流偏移和初始值偏差问题,在传统改进算法的基础上,通过交换低通滤波环节与补偿环节的相对位置,提出了一种新型磁链观测器.理论分析和仿真结果表明,新算法能够消除低通滤波器磁链动态观测误差,在有效抑制饱和与直流漂移的同时,完全补偿相位和幅值误差,提高了磁链观测精度.     

具有误差抑制功能的磁编码器解码算法研究

磁编码器作为一种广泛使用的电机转子位置测量装置,其测量精度对整个控制系统的性能有着重要影响。为了提高转子位置测量精度,采用双二阶广义积分器-锁相环(DSOGI-PLL)解码算法提取磁编码器输出信号的正序分量,抑制磁编码器输出信号中存在的幅值误差和相位误差。针对传统二阶广义积分器(SOGI)无法抑制直流偏置误差的缺陷,提出改进型二阶广义积分器(ISOGI)以消除直流偏置误差,提高磁编码器解码精度。仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。     

基于卡尔曼滤波的磁传感器阵列电流测量

单个磁传感器非接触式测量电流容易受到干扰磁场的影响,通过使用多个磁传感器组成的阵列进行非接触式电流测量可以排除干扰的影响.在建立多传感器阵列测量模型的基础上,提出基于卡尔曼滤波的非接触式多传感器电流测量,并介绍了状态值最优估计和最优稳态滤波算法.为了减少传感器个数,提高实用性,提出次优稳态滤波算法.在不同的干扰情况下,对该算法进行了仿真和实验.结果说明基于卡尔曼滤波的信号处理算法,不但可以降低环境影响带来的误差,而且减轻了多传感器非接触式电流测量的计算负担.     

基于简化控制集的双三相永磁同步电机模型预测磁链控制

针对双三相永磁同步电机传统模型预测转矩控制计算量较大和权重系数整定过程繁琐的问题，提出一种基于简化电压矢量控制集的模型预测磁链控制算法。首先，将对电磁转矩和定子磁链幅值的控制转化为对定子磁链矢量的控制，消除代价函数中定子磁链幅值误差项的权重系数；然后，采用虚拟电压矢量作为控制集，抑制谐波电流，消除代价函数中的谐波磁链误差项；最后，通过判断定子磁链矢量误差的位置简化电压矢量控制集，将每个控制周期待评估的有效电压矢量由12个减少到5个，降低整个算法的计算量。实验结果表明，所提算法能够减小电磁转矩脉动，抑制谐波电流，而且在保持良好的控制性能的同时，可以显著地减少计算时间，具有更好的工程实用价值。     

Improvement of magnetometer calibration using Levenberg–Marquardt algorithm

The algorithm, the model, and the measurement strategy are important for the calibration of three‐axis magnetometers. A new calibration model with clear physical meaning is proposed, and scale factors, offsets, and nonorthogonal angles are directly illustrated. One limitation of traditional iteration calibration algorithms is the influence of the initial parameters. In this paper, the Levenberg–Marquardt algorithm is proposed to solve the troublesome procedure of initial parameter selection, so that it can improve the calibration performance of three‐axis magnetometers. The validity of this method is proved by simulation, and the estimated parameters are found to be close to the prearranged parameters. The experimental system mainly consists of a three‐axis fluxgate magnetometer (DM‐050), two‐dimensional nonmagnetic rotation equipment, and a proton magnetometer. The magnetic field intensity is obtained by the proton magnetometer. Experimental results show that the root‐mean‐square error is reduced from 84.177 to 4.076 nT. In addition, the influence of the initial parameters and measurement strategy is analyzed. Experimental results show that the Levenberg–Marquardt algorithm is not sensitive to the initial parameters and the 36 static measurements strategy is more reliable than the rotation measurement strategy. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Analysis and Design of Electromagnetic Compatibility Techniques for Unmanned Aerial Vehicle Power in Aeromagnetic Survey

Abstract—The reason why the measurement precision of the aeromagnetic data cannot be as high as that of the aeromagnetic instruments is due to the level of magnetic interference of an unmanned aerial vehicle. Through the analysis of electromagnetic interference sources of unmanned aerial vehicles and the working characteristics of optical pumping magnetometers, this article intends to optimize the switch mode power supply circuit. Ripple coefficient of output voltage is reduced to 0.2%, the magnitude spectrum of the near-field radiation is decreased by 10 dB and the conduction emission is below 20 dB. The electromagnetic compatibility of unmanned aerial vehicle equipment and the measurement precision of the optical pumping magnetometers are greatly improved.     

考虑声波折射补偿的海底热液口声学原位测温方法

介绍了海底热液口温度场原位声学测量方法,进行了海底非均匀温度场中声波折射传播路径研究,并建立了声波传播路径的数学模型,利用COMSOLMultiphysics软件进行了声波传播路径的数值求解.在云南省龙陵县境内的茄子上水库的湖底热泉进行了实验研究,准确地还原出温度场.考虑了声波折射补偿,提高了声波飞渡时间估计精度,并对声波路径弯曲补偿前后重建出的温度场进行最大绝对误差、最大相对误差和均方根误差分析.实验表明:对声波信号传播路径由曲线变直线进行补偿,可提高温度场原位测量的精确性.     

改进 IGABP 模型补偿倾角传感器温度漂移研究

倾角传感器很容易受到环境温度变化的影响,产生测量误差,即温度漂移现象。针对此问题,设计了一种基于改进的遗传算法(IGA)优化反向传播神经网络(BPNN)的温度漂移补偿模型。其中遗传算法使用了新的选择策略和交叉变异因子,增加了跳出局部最优解机制。实验结果显示,IGABP补偿模型的均方误差(MSE)为0.003 28,经过补偿模型修正后的平均温度漂移为0.039°,远优于未修正时的平均温度漂移0.190°。研究结果表明,IGABP补偿模型与传统的神经网络模型相比,具有更快的收敛速度和更高的补偿精度,能够有效的补偿因温度导致的测量误差,提高倾角传感器的稳定性和精度。     

数字式磁罗盘的误差补偿方法研究

随着磁航向测量系统应用领域的拓宽,必须提高数字磁罗盘的航向精度,本文首先介绍了磁航向测量的基本原理,通过对航向误差的分析以及环境磁场对磁罗盘的影响,研究了一种误差修正方法,采取了粗校和精校两步走的策略,首先采用最佳椭圆拟合的方法进行粗校,再把自差作为小量,采用最小二乘法进行精校.在HMR3300上应用该方法进行实验,使得HMR3300的精度提高到0.4度以内,验证了该方法的有效性和可行性.     

Estimating Body Segment Orientation by Applying Inertial and Magnetic Sensing Near Ferromagnetic Materials

Inertial and magnetic sensors are very suitable for ambulatory monitoring of human posture and movements. However, ferromagnetic materials near the sensor disturb the local magnetic field and, therefore, the orientation estimation. A Kalman-based fusion algorithm was used to obtain dynamic orientations and to minimize the effect of magnetic disturbances. This paper compares the orientation output of the sensor fusion using three-dimensional inertial and magnetic sensors against a laboratory bound opto-kinetic system (Vicon) in a simulated work environment. With the tested methods, the difference between the optical reference system and the output of the algorithm was 2.6deg root mean square (rms) when no metal was near the sensor module. Near a large metal object instant errors up to 50deg were measured when no compensation was applied. Using a magnetic disturbance model, the error reduced significantly to 3.6deg rms.     

一种新型拓扑结构的电阻层析成像有限元模型

为了提高电阻层析成像有限元计算精度,模拟相邻激励模式下敏感场内电流线的分布密度与分布形式,设计了一种新型拓扑结构的有限元模型。仿真与实际实验结果表明：相同实验条件下,新型拓扑结构的有限元模型与其他模型相比,提高了三角形有限元的质量,从而降低了有限元的形状误差,更有利于场域中场矢量变化的平稳过渡;降低了敏感场均匀分布时模型均方根值,提高了电阻层析成像正问题的计算精度;提高了对不同典型流型的反演效果。