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密度多傳感器多目標(biāo)跟蹤算法研究

同時,隨著信息處理技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展,人們開始嘗試使用多個傳感器來估計目標(biāo)的運動狀態(tài),試圖利用更多的量測信息來降低環(huán)境對目標(biāo)跟蹤造成的影響。如何將多個傳感器的量測數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)融合,得到比單個傳感器更優(yōu)越的跟蹤性能,是多傳感器多目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域的難點和熱點。近年來,基于隨機(jī)有限集理論的多傳感器多目標(biāo)跟蹤方法開始受到研究學(xué)者的關(guān)注。

這類方法采用串行系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并把多目標(biāo)狀態(tài)集合和傳感器量測集合分別建模為隨機(jī)有限集集合,從而將多傳感多目標(biāo)狀態(tài)估計問題轉(zhuǎn)化為多個單傳感器貝葉斯濾波問題,有效避免了多傳感器融合中的量測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)以及傳統(tǒng)多目標(biāo)跟蹤方法中的目標(biāo)與量測之間的關(guān)聯(lián),是一種解決復(fù)雜環(huán)境下多目標(biāo)跟蹤的新途徑。本基于隨機(jī)有限集理論以及概率假設(shè)密度(PHD)濾波,對多傳感器多目標(biāo)跟蹤方法展開了深入的研究,取得的主要成果如下:1.關(guān)于檢測概率引起的傳感器更新順序問題。在迭代形式的多傳感器PHD(Iterated corrector PHD,IC-PHD)濾波中,跟蹤結(jié)果的好壞主要取決于后一個更新傳感器的檢測概率。當(dāng)該傳感器的檢測概率較低時,極易造成整個多傳感器系統(tǒng)發(fā)生漏檢。

復(fù)合式磁傳感器

弱磁探測技術(shù)的發(fā)展，歸根結(jié)底依靠的是磁傳感器技術(shù)的進(jìn)步。近年來，隨著各種物理效應(yīng)在磁場測量中的應(yīng)用，各種弱磁測量的方法已經(jīng)逐漸趨于完善，而根據(jù)不同測量方法，各類磁傳感器也應(yīng)運而生。從霍爾效應(yīng)磁傳感器、磁通門磁傳感器、磁電阻傳感器到光泵磁強(qiáng)計和超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)，磁傳感器技術(shù)不斷的向前發(fā)展。這其中，為熟知的探測精度達(dá)到fT量級的弱磁傳感器當(dāng)屬基于超導(dǎo)約瑟夫森效應(yīng)的超導(dǎo)量子干涉器件。目前，單獨的SQUID 器件在低溫下靈敏度可以達(dá)到0.2—2 pT，而通過加入耦合線圈磁通放大器，在4.2 K靈敏度可以達(dá)到10 fT 以下。然而，對于低溫超導(dǎo)SQUID 而言，需要昂貴的低溫制冷設(shè)備(液氦、低溫制冷機(jī)等)；高溫超導(dǎo)SQUID由于超導(dǎo)材料的相干長度短，在約瑟夫森結(jié)的制備方面存在困難。這些因素都制約了SQUID的大規(guī)模應(yīng)用。

伴隨著科技進(jìn)步和信息技術(shù)的發(fā)展，除了靈敏度之外，人們也對磁傳感器的尺寸、穩(wěn)定性、功耗、制備工藝的簡單化等提出了越來越高的要求。其中基于磁電阻效應(yīng)的傳感器因其具備高靈敏度、功耗低、體積小、加工技術(shù)成熟等優(yōu)點正在越來越大規(guī)模的使用。其中，基于巨磁電阻(GMR)及隧道磁電阻(TMR)效應(yīng)制備的磁電阻傳感器因其飽和磁場較低、單位磁場靈敏度高、溫度特性穩(wěn)定等優(yōu)點，目前已被廣泛用于生產(chǎn)應(yīng)用中。特別是TMR磁傳感器，擁有小型化、低成本、低功耗、高集成性、高相應(yīng)頻率和高靈敏度特性，使其成為未來競爭的制高點。

另一方面，作為高靈敏度傳感器而言，GMR和TMR的固有噪聲仍然較大，特別是在低頻下，傳感器存在明顯的1/f 噪聲。并且在探測精度方面相比于SQUID、光泵磁力儀等高靈敏度磁傳感器仍然有較大差距，這也限制了其在生物磁性、等一些弱磁探測領(lǐng)域的應(yīng)用。

磁電阻/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器原理

磁電阻/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器早由D. Robbes等人提出，該類傳感器主要由磁電阻傳感器和超導(dǎo)磁場放大器構(gòu)成。其中超導(dǎo)磁場放大器是一個由超導(dǎo)薄膜構(gòu)成的閉合環(huán)路。超導(dǎo)環(huán)路中有一段寬度狹窄區(qū)域。磁電阻傳感器位于超導(dǎo)磁場放大器環(huán)路狹窄區(qū)域上方并由絕緣層分隔。

對于超導(dǎo)磁場放大器而言，其磁場放大倍數(shù)主要由放大器的尺寸和狹窄區(qū)域?qū)挾葲Q定。增大超導(dǎo)磁場放大器的尺寸，以及減小狹窄區(qū)域的寬度，都會顯著增加超導(dǎo)磁場放大器的磁場放大倍數(shù)。例如，理論計算表明，當(dāng)超導(dǎo)磁場放大器直徑達(dá)到25 mm，狹窄區(qū)域?qū)挾葹? μm時，磁場放大倍數(shù)將達(dá)到3500 倍，而相應(yīng)的磁電阻/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器的磁場探測能力將有望達(dá)到1 f，甚至更低的磁場。

磁電阻/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器的性能不僅取決于超導(dǎo)磁場放大器的磁場放大能力，同時也取決于磁電阻傳感器的靈敏度、噪聲等特性。目前在磁電阻傳感器領(lǐng)域性能為優(yōu)異、同時有應(yīng)用價值及潛力的當(dāng)屬GMR和TMR磁傳感器。下面將分別對GMR/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器的發(fā)展及本課題組在TMR/超導(dǎo)復(fù)合式磁傳感器制備、測試方面開展的工作進(jìn)行介紹。