基于瞬变电磁梯度传感器的未爆弹快速定位研究

作     者：刘平 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈曙东

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 082603[工学-火炮、自动武器与弹药工程] 0826[工学-兵器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：瞬变电磁法 未爆弹 目标定位 磁梯度张量 误差校正 

摘      要：未爆弹给人们的生命健康带来严重威胁,阻碍了经济社会的发展。因此,未爆弹的探测和销毁,是刻不容缓且意义深远的事情。本文将磁法探测中的张量检测法迁移至瞬变电磁未爆弹探测法中,并提出一种深度反演结果的校正方法,从而实现对未爆弹目标的准确、快速定位。 首先,对瞬变电磁法的探测原理与未爆弹张量定位算法进行研究。本文介绍了瞬变电磁梯度传感器,详细描述了该系统发射线圈和接收线圈的结构与参数。同时给出未爆弹的等效偶极子模型,推导瞬变电磁探测中的一次场与目标二次场响应,研究基于便携式十字形构型传感器的磁梯度张量定位原理,以传感器接收线圈的差分响应作为目标的张量,给出基于此传感器的目标张量定位算法。 其次,探究系统基线距离、目标埋深对张量定位的影响规律。模拟研究结果表明,在未爆弹埋深一定时,基线距离越小,定位越准;在基线距离一定时,目标埋深越大,定位越准,同时统计出张量定位算法耗时。基于82 mm迫击炮弹模拟张量定位结果,本文提出了未爆弹深度定位结果的校正方法,根据深度反演结果计算出相应的补偿值,进而缩小深度反演值与实际值之间的偏差,实现更高准确程度的定位。 最后,对磁梯度张量定位法以及深度校正方法进行实验验证。选择三种类型的炮弹作为实验对象,基于40 cm基线距离的瞬变电磁梯度传感器开展了系列户外实验。实验结果表明,通过平均法可以对未爆弹水平位置准确定位,经过深度校正,反演误差大幅减小。目标埋深为40 cm,未爆弹水平定位误差不超过6.4 cm,校正后深度定位误差从最大的14.8 cm降到1.6 cm;目标埋深为50 cm～60 cm,倾角θ分别取0°、45°、90°时,未爆弹水平定位误差不超过7.4cm,校正后深度定位误差从最大的14.8 cm降到0.7 cm。定位用时统计结果表明,定位耗时约50 ms。由此可见,校正后的张量定位算法定位耗时少、定位速度快,且准确性高,是一种有效的目标定位算法。