基于地磁模拟方法和L-SHADE算法的AUV磁场干扰参数识别研究

《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》：Research on AUV Magnetic Interference Parameter Identification Based on Geomagnetic Simulation Method and L-SHADE Algorithm

海洋磁场探测中采用自主水下机器人（AUV）结合几何磁场模拟（GSM）与L-SHADE算法实现磁干扰参数高效识别。该方法通过主动模拟外部磁场环境替代物理运动，消除高精度惯性导航依赖，建立椭球壳与磁偶极子混合模型描述AUV磁场特性，经数值仿真验证其检测精度显著优于传统运动相关方法。

　　

摘要：

采用自主水下航行器（AUV）进行海洋磁场信息收集和检测展示了广泛的应用前景。为了解决AUV磁力计平台面临的磁场干扰补偿问题，提出了一种基于“地磁模拟方法”（GSM）和具有线性种群规模缩减功能的自适应差分进化算法（L-SHADE）的新型磁场干扰参数识别方法。该方法的核心创新在于利用主动地磁模拟来控制外部磁场，从而无需AUV磁力计平台进行物理运动。这种方法从根本上规避了对高精度惯性导航系统的依赖。随后，通过将这种模拟与上述优化技术相结合，实现了参数的准确快速识别。首先，建立了一个椭球壳和磁偶极子的混合模型，以表征AUV的感应磁场和永久磁场。其次，使用亥姆霍兹线圈来控制和模拟AUV磁力计平台运动过程中的外部磁场变化，从而替代了载体本身的实际运动姿态变化。最后，开发了一个磁场干扰参数识别模型，并应用L-SHADE算法对模型参数进行优化和求解。通过数值模拟分析了两种方案下AUV磁力计平台测量精度的误差传播规律。结果表明，GSM的工程实用性显著优于传统的运动依赖方法（TMDM）。为AUV磁力计设计的磁场干扰参数识别实验...

显示更多

引言

随着全球海洋探索和科技创新的不断推进，水下磁场检测技术已成为海底资源勘探、水下目标检测和船舶消磁的核心方法[1]、[2]、[3]。目前主要有三种技术路线：船载平台、航空平台和自主水下航行器（AUV）平台。作为传统方法，船载磁测利用成熟的导航和检测系统实现大规模、长时域的区域侦察。然而，其空间分辨率受到船体磁场干扰和检测距离的限制，难以满足高精度目标检测的要求。航空磁测在区域海洋资源侦察中具有重要地位，因为其具有高效的覆盖能力。不过，其检测精度受飞行高度的限制，无法实现近距离、高分辨率的水下测量。近年来，利用AUV平台进行磁场测量被认为是实现高分辨率海洋磁测的最先进技术方向，因为AUV具有出色的隐身性能、机动性和近距离检测能力[4]、[5]、[6]。