HEU磁传感实验室

团队针对海水介质中金属小目标的电磁探测系统频率优化设计研究成果发表在IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing

2025年10月29日

团队在海洋主动磁探测领域取得了新的研究进展，针对传统海洋电磁探测系统探测距离近的问题，通过蒙特卡洛法仿真与海水试验池试验，求解出针对海水中金属小目标的最优探测频段，并选取合适的频率构造主动磁探测系统，大幅提升探测距离。相关研究成果以“Optimal frequency design of marine electromagnetic detection system for small underwater targets”为题目，于2025年9月收录于国际著名期刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，第一作者为蒋泽坤，沈莹教授为论文的通讯作者。

本文对海水中目标的电磁响应特性、电磁场传播特性进行了理论建模。在0.5 m~3 m的典型探测距离下，小目标的最佳探测频带为[1807, 5365]Hz。检测到的二次磁场信号超过最大振幅频率响应振幅的90%。因此，在进行系统设计时，选择f0=2850 Hz的单频信号作为发射频率。采用串联谐振结构，减小线圈阻抗，增大发射电流，从而增大发射磁矩，提高系统检测能力。该系统安装在ROV平台上，用直径为0.14 m、长度为0.38 m的铝管探测小铝管目标，最大探测距离超过1.5 m。

团队基于粒子群优化算法的掩埋未爆弹高精度深度估计与磁矩反演的应用研究成果发表在IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing

2025年09月25日

团队在航磁探测领域取得了新的研究进展，针对掩埋小目标深度定位误差以及磁矩估计误差较大的问题，通过安德森函数构建垂向梯度，结合粒子群优化算法实现掩埋小目标的高精度深度与磁矩估计。相关研究成果以“High-precision Depth and Magnetic Moment Inversion of Buried Unexploded Ordnance Based on Particle Swarm Optimization Algorithm”为题目，于2025年9月收录于国际著名期刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，第一作者为陈之岳，沈莹教授为论文的通讯作者。

采用双标量磁力计构建垂直梯度计，并基于安德森函数计算垂向梯度。结合粒子群优化(PSO)算法，通过融合探测轨迹、磁场数据及垂向梯度信息，实现对目标水平位置、磁矩大小和深度的联合估计。进一步研究了计算时间(tc)与粒子数量(N)对算法精度的影响，蒙特卡洛仿真结果显示，在tc = 40 s、N = 100时，算法达到最优估计精度。在面积为96 m²的室外场地中，随机布设三种类型的目标进行实测验证，并对比分析了遗传算法（GA）、最小二乘法（LSM）与所提 PSO 算法在参数反演中的精度。实验结果表明，PSO算法具有最高的反演精度，其最大空间定位误差e(x，y，z)max = (0.10 m，0.13 m，0.10 m)。具体来说，深度误差ezmax ≤ 0.10 m，平均磁矩估计误差为eave = 5.23%。室外实验验证了所提出的空间定位与磁矩反演方法在未爆弹探测方面具有良好的应用潜力，特别是考虑到其深度定位精度和磁矩幅度估计精度的优势。此外，本研究提出的方法对于未爆弹的识别具有重要意义，并为后续区分未爆弹和碎片的工作奠定了基础。

团队在航磁水下文物探测领域取得了新的研究进展，相关研究成果发表在IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters

2025年08月18日

团队在航磁水下文物探测领域取得了新的研究进展，相关研究成果以“Speedy Aeromagnetic Detection Technology for Underwater Heritage Sites: A Case Study of the Flying Tigers P40 Wrecked Aircraft”为题目，于2025年7月收录于国际著名期刊IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters，第一作者为沈莹教授，第二作者为硕士研究生葛雪歌。

1942年4月28日，美国飞虎队飞行员约翰·布莱克在云南昆明进行战斗机训练时坠入滇池。第二天，约翰的尸体被救援人员从飞机上打捞了出来。然而，由于当年水下救援设备不先进，飞机未能及时浮出水面。然而，当飞机后来被搜索时，它在重力的作用下迅速下降。结果，它被湖底十多米厚的沉积物所掩埋。

团队基于磁电传感器的材料分类以及应用相关综述论文发表在IEEE Transactions on Magnetics

2025年07月12日

团队在磁电传感器领域取得了重要的综述性研究成果。针对磁电材料从基础研究走向工程应用中存在的耦合机制优化、传感器微型化与信号处理等关键问题，团队系统梳理了其发展脉络，深刻阐述了各类磁电传感器的前沿进展与未来挑战。相关研究成果以“Magnetoelectric Sensors: A Review”为题目，收录于国际著名期刊IEEE Transactions on Magnetics中，沈莹教授为论文的通讯作者，第一作者为高俊奇教授，第二作者为李冰。

磁电效应作为连接磁学与电学物理序参量的关键桥梁，其核心性能参数——磁电耦合系数（αME），直接决定了传感器的转换效率与探测灵敏度。本综述严格遵循材料演进的内在逻辑，深刻剖析了单相材料因本征磁电耦合微弱而受限的物理根源，进而阐明了基于“乘积效应”的复合相材料（特别是2-2、2-1、1-1型层状复合材料）实现高性能耦合的机理。论文重点评述了Metglas/弛豫铁电单晶（如PMN-PT, Mn-PMN-PZT）体系中的突破性工作：通过激光处理Metglas层与采用[011]取向的PMN-PT单晶纤维，所构建的(1-1)型复合材料在谐振状态下实现了高达7000 V/cm·Oe的αME，据此可探测的磁场下限低至1.35×10⁻¹³ T，奠定了其在极弱磁探测领域的应用基础。

团队采用超低空航磁探测技术在掩埋目标搜探中的应用研究成果发表在IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters

2025年06月20日

团队在航磁探测领域取得了新的研究进展，针对掩埋小目标易被复杂背景磁场（地磁梯度、载体平台共模噪声）干扰的问题，构建垂向梯度航磁探测系统TRU100-23，并引入小波熵降噪算法实验弱磁信号提取。相关研究成果以“Sensitive Aeromagnetic System for Unexploded Ordnance Detection With High Detection Accuracy and Range”为题目，于2025年2月收录于国际著名期刊IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters，沈莹教授为论文的第一作者，高俊奇教授为论文的通讯作者。

通过旋翼无人机搭载磁力仪设备快速扫测潜在掩埋小目标区域，能够最大限度降低作业风险的同时提高作业效率。研发基于旋翼无人机搭载标量传感器的航磁梯度探测系统TRU100-23，实验结果表明，经过差分处理能够有效降低载体平台的共模噪声以及地磁梯度的影响，系统动态噪声水平Si=0.013 nT，达到航磁规范一级标准。在信号处理方面采用基于‘sym6’小波基的4层小波分解的小波熵降噪算法，成功将信噪比SNR=-0.78 dB提升至SNR=8.46 dB，显著提高了弱磁信号的提取能力。在探测性能评估方面，系统对8种典型未爆弹的极限探测能力进行了量化测试：对于长17 cm，质量0.3 kg的H30炮弹，最大探测距离H=120 cm；对于长度240 cm，质量25.8 kg的120毫米口径航弹，最大探测距离H=550 cm。这种检测能力满足靶场实际检测的需求。此外，我们通过50组测试对系统的检测性能进行了评估。在450 m2的区域内随机放置四种类型的未爆弹，经统计该系统的正确检出率为94.5%，同时保持2%的误报率。在探测效率方面，系统具备较高的探测效率，完成450 m2区域的扫测仅需270 s，数据处理时间仅为60 s。本研究成果表明，TRU100-23系统在确保作业安全性的同时，显著提高了探测效率，其优异的探测性能完全满足靶场实际检测需求，为未爆弹探测提供了一种高效可靠的技术手段。

团队水下传统电极型源近区空中磁场的高精度仿真和测量的研究成果发表在Physica Scripta

2025年04月12日

团队在水下传统电极型源近区磁场的高精度仿真和测量方向上取得了新的研究进展。针对水下传统电极型磁源（两电极磁源和电偶极源）近区磁场精度低，不利于高信噪比数据精确反演和定位的问题，提出了一种基于多电偶极子磁场累加和12点高斯积分结合的方法提高了电偶极源近区磁场计算精度，并用来验证了两电极磁源近区磁场的精度。相关研究成果以“High-precision simulation and measurement of the aerial magnetic field in the near-area of underwater conventional electrode-type source”为题目，于2025年2月11日收录在国际著名期刊Physica Scripta，第一作者为潘林冬博士后，沈莹教授为论文的通讯作者。

电极型磁源通常用来探测海洋矿产资源（油气、多金属矿物等），在军事领域也会作为一种“靶标”进行打靶训练。然而，研究人员多利用收发距较远的数据开展相关研究而忽略了近区信噪比更高数据的价值。本文研究了水下传统电极型磁源近区空中高精度磁场的仿真问题，并开展了水池实验进行了验证。研究表明，本文的算法可以兼顾正演的精度和效率，单个采样点的计算时间在0.002~0.1s，理论仿真相对误差小于0.1%，仿真与实测数据的相对误差小于6.0 %，为将来水下电极型磁源目标的实时反演和定位奠定了较好的基础。

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