Clustering AFCM e invariantes tensoriais para localização múltipla de fontes magnéticas

LI Qingzhu ,  

LI Zhining ,  

SHI Zhiyong ,  

FAN Hongbo ,  

摘要

Para realizar o posicionamento sincronizado de múltiplos dipolos magnéticos em diferentes posições, momentos magnéticos e profundidades de enterramento, propõe-se um método de localização multi-fonte de alvos magnéticos utilizando clustering adaptativo fuzzy c-means (Adaptive Fuzzy c-means Clustering, AFCM) e invariantes tensoriais. Primeiramente, com base na medição da grade bidimensional do sistema de tensor de gradiente magnético, utiliza-se a intensidade normalizada da fonte magnética e os invariantes tensoriais contraídos para melhorar o ângulo de inclinação e realizar o pré-reconhecimento da área de distribuição bidimensional do alvo. Em seguida, utiliza-se o método de localização baseado em relações invariantes derivadas do tensor para calcular as coordenadas tridimensionais iniciais dos dipolos magnéticos nos nós dentro da área reconhecida, formando uma nuvem densa de pontos ao redor da verdadeira posição da fonte magnética. Por fim, o algoritmo de clustering AFCM realiza agrupamento tridimensional desse conjunto de soluções de posições iniciais e detecta automaticamente o número de centróides dos clusters; o número estimado de centróides corresponde ao número de alvos, e os centróides correspondem às coordenadas das posições dos alvos. A matriz tensorial e o vetor de posição podem ser utilizados para calcular o momento magnético do alvo. Os conjuntos de dados de simulação mostram que, em ambiente de ruído gaussiano com variância de 5 nT/m, a precisão da estimativa do número de 20 dipolos magnéticos é de 100%, a precisão da estimativa da posição horizontal é superior a 91,7% e a precisão da estimativa da profundidade é superior a 85,6%; em medições reais, o desvio da estimativa de coordenadas de vários pequenos ímãs em áreas de medição de 2,1 m×2,1 m e 1,2 m×1,2 m é inferior a 0,091 m.

关键词

clustering adaptativo fuzzy c-means;invariantes tensoriais;localização múltipla de alvos;medição do tensor de gradiente magnético

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