[发明专利]航空磁通门磁梯度张量仪的系统校正及磁干扰补偿融合方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种航空物探中磁测仪器的校正和飞行器的磁干扰补偿，尤其是把磁通门磁梯度张量仪直接安装到航空器上进行探测时，所需进行的仪器系统校正和磁干扰补偿。

背景技术：

磁梯度张量仪测量磁场三分量沿正交坐标系的空间变化率。磁梯度张量仪受地磁影响小，获取信息丰富，特别适合发现浅层潜伏矿，磁性运动目标等，是磁测仪器发展方向之一。在航空磁梯度张量测量中,为了适应更多的飞行器，尽量减少张量仪对飞行器空气动力学布局的影响，最好的方式是把张量仪直接安装在飞行器上，然后在飞行过程中测量磁性目标的磁场梯度。因此仪器自身的校正以及飞机磁干扰补偿成为两个无法避免的问题。本发明正是针对此类应用所提出的校正和补偿同时进行的融合方法。

由于需要对磁场矢量敏感的传感器，故目前张量仪主要有两种：一种是基于超导量子干涉器件的张量仪，如德国的航空超导磁梯度张量仪[R.Stolz et al,Magnetic full-tensor SQUID gradiometer system for geophysical applications,The Leading Edge,2006,25(2):178-180.]，澳大利亚的航空超导磁梯度张量仪[P.Schmidt et al,GETMAG-a SQUID magnetic tensor gradiometer for mineral and oil exploration,Exploration Geophysics,2004,35:297-305.]。超导张量仪虽然具有很高的分辨率，但是价格昂贵，且不能在常温下使用，应用中有很大的局限性。另一种是基于磁通门传感器构造的张量仪，如美国地质调查局的正四面体形磁通门张量仪[PJ.Brown et al,A case study of magnetic gradient tensor invariants applied to the UXO problem,U.S.Geological Survey，2004：1-4.]。美国IBM公司研制的磁通门张量仪[RH.Koch et al,Room temperature three sensor magnetic field gradiometer,Review of Scientific Instruments,1996,64(1):230-235.]。英国Rutherford Appleton实验室研究的紧凑型磁通门张量梯度仪[DK.Griffin,et al.,Design and calibration of a compact low-noise magnetic gradiometer,Proc.ESA Workshop Aerosp.EMC,Venice，IEEE，pp.2012，1-6.]，吉林大学研制的带球形反馈线圈的张量仪[Y.Sui,et al.,Compact fluxgate magnetic full-tensor gradiometer with spherical feedback coil,Rev.Sci.Instrum.,2014.85(014701):1-7.].

虽然磁通门张量仪具有成本低，温度范围广，分辨率较高等优点，但是仍然有两个核心问题阻碍其在航空中的应用。一个问题是磁通门自身存在标度因子误差、非正交误差、非对准误差、零偏误差、动态误差和非线性误差，造成其精度较低，需要在使用前进行非常严格的校正。另一个问题是飞行器如果距离张量仪较近，就会形成永磁干扰(硬磁干扰)、感应磁干扰(软磁干扰)和涡流磁干扰，这些磁干扰也会大幅降低张量仪测量数据的质量，从而严重影响航空磁梯度张量仪的应用效果。

针对磁通门张量仪误差校正的问题，现有方法是在地面上找一块磁场均匀的区域，然后以多个磁通门测量的总场值或磁场分量值相等为条件求解线性或非线性方程以获得校正参数。这些方法只针对了张量仪的误差问题，还没有和飞行器的磁干扰补偿进行融合。