Введение 4
Постановка задачи 6
1 Теоретические сведения 8
1.1 Модель с неподвижной целью 9
1.2 Модель с подвижной целью 11
2 Обзор научных публикаций 12
2.1 Численные методы 12
2.2 Эвристические методы 13
2.2.1 Генетический алгоритм 13
2.2.2 Метод отжига 18
2.2.3 Метод роя частиц 20
2.2.4 Метод гравитационного поиска 22
3 Сравнение методов 25
3.1 Моделирование сигнала 25
3.2 Сравнение генетического алгоритма и метода отжига 28
3.3 Сравнение алгоритма роя частиц и алгоритма гравитационного поиска 29
Выводы 33
Заключение 35
Список литературы 36
Приложение 40
A Код программ 40
A.1 Генетический алгоритм 40
A.2 Метод отжига 45
A.3 Метод роя частиц 49
A.4 Метод гравитационного поиска 53
Для обнаружения затонувших кораблей и подводных лодок (т. е. скрытых ферромагнитных объектов) используются разные методы, один из которых — метод обнаружения магнитной аномалии (magnetic anomaly detection). Каждый ферромагнитный объект создает аномалию в магнитном поле Земли из-за его высокой магнитной проницаемости по сравнению с неферромагнитными объектами. Обнаружение этой аномалии в магнитном поле Земли позволяет обнаружить цель. В отличие от активных методов обнаружения, метод обнаружения магнитной аномалии является пассивным методом, т. е. цель «не знает» о факте обнаружения. Во многих приложениях после обнаружения цели часто требуется определение местоположения цели и определение её магнитного момента. Метод обнаружения магнитной аномалии и определения местопололожения ферромагнитных объектов используется в таких приложениях, как обнаружение неразорвавшихся мин [1], затонувших кораблей или мест подводных крушений [2], обнаружения подводных лодок [3, 4] и надводных кораблей [5], в системах управления дорожным движением для того, чтобы определить наличие транспортных средств [6], для обнаружения скрытых ферромагнитных объектов у людей, проходящих через металлодетекторы (security check point systems) [7].
Летательные аппараты (самолеты и вертолеты) являются наиболее предпочтительными объектами для установки магнитометра, т. к. они быстро покрывают большие пространства. Эффективность метода обнаружения магнитной аномалии (ОМА) зависит от уровня шума принимаемого магнитометром сигнала. Поэтому необходимо компенсировать шум перед тем как решать задачу определения местоположения (локализации). Для оценки параметров шума обычно используются следующие методы: метод наименьших квадратов [8], фильтры с конечной импульсной характеристикой [9] и модель малого сигнала [10].
В работе рассматривается трехкомпонентный магнитометр, зафиксированный на неподвижном носителе и для подвижной цели предполагается модель магнитного диполя.
Результы работы заключаются в следующем.
1. Написаны программы для четырех эвристических методов, примененных к задаче определения местоположения ферромагнитных объектов.
2. Получены результаты эффективности эвристических алгоритмов:
(a) Метод роя частиц является наиболее эффективным методом.
(b) Генетический алгоритм и метод гравитационного поиска имеют хорошие показатели точности решения.
(c) Метод отжига — наименее эффективный метод среди рассмотренных.
