[发明专利]一种采用地磁总场梯度阵列对磁性目标定位的方法

说明书

本发明属于地磁探测技术领域，具体涉及一种采用地磁总场梯度阵列对磁性目标定位的方法，包括以下步骤：构建由七个标量磁传感器组成的传感器阵列；根据所述传感器阵列，基于磁偶极子远场模型，建立地磁总场梯度与磁性目标位置坐标和磁矩矢量的关系；所述地磁总场梯度与磁性目标位置坐标和磁矩矢量的关系，采用矩阵变换，把求解参数消元缩减到三个；建立适应度函数，用粒子群算法计算上述适应度函数的最小值，求解目标位置。分辨率相对较高，可以对弱磁目标定位，定位距离远、范围大。通过专门的算法设计，可以快速求解定位方程测量时只要避开光泵磁力仪死区方向，无需实时测量和补偿每个传感器姿态，简便快速。

技术领域

本发明属于地磁探测技术领域，具体涉及一种采用地磁总场梯度阵列对磁性目标定位的方法。

背景技术

地磁场是地球的一个天然的物理场，它有各种不同的起源，由不同变化规律的磁场成分叠加而成。按照场源位置划分，地磁场可以分为内源场和外源场。如果考虑地磁场随时间的变化特征，随时间变化较快的地磁场成为地球的变化磁场，随时间变化较慢或者基本不变的地磁场成为地球的稳定磁场。

一个带有磁性的目标产生的磁场会导致空间地磁场分布的变化，从而能够产生磁异常。当观测点与目标距离大于目标尺度2-3倍及以上时，磁性目标在观测点产生的磁场一般被看作磁偶极子远场。

对磁性目标定位时，可采用能够测量地磁三分量的矢量磁传感器或者能够测量地磁总场的标量磁传感器。矢量磁传感器安装和使用相对复杂，初始姿态要严格校正，工作姿态要实时测量。矢量磁传感器的角度误差为0.05°时，测量的地磁误差大概为50nT。因此，实时补偿矢量磁传感器姿态变化对测量的影响是必需的，也是有一定难度的。一般情况下，市场上常见的矢量磁传感器(如普通磁通门磁力仪)分辨率相对偏低(相对于标量光泵磁力仪)，因此基于矢量测量的目标定位距离不能太长，目标磁矩不能太小。

综上所述，现有技术中存在分辨率低，安装使用复杂，探测距离近，被探测物体要求较高，适用范围小等问题。

发明内容

本发明的目的在于对磁性目标进行准确快速简便的追踪和定位。首先构建由七个标量磁传感器(光泵磁力仪)组成的传感器阵列，然后基于磁偶极子远场模型，建立地磁总场梯度与磁性目标位置坐标和磁矩矢量的关系。采用矩阵变换，把求解参数消元缩减到三个。建立适应度函数，采用粒子群算法对磁性目标定位。

一种采用地磁总场梯度阵列对磁性目标定位的方法，包括以下步骤：

(1)构建由七个标量磁传感器组成的传感器阵列；

(2)根据所述传感器阵列，基于磁偶极子远场模型，建立地磁总场梯度与磁性目标位置坐标和磁矩矢量的关系；

(3)根据所述地磁总场梯度与磁性目标位置坐标和磁矩矢量的关系，采用矩阵变换，把求解参数消元缩减到三个；

(4)建立适应度函数，用粒子群算法计算上述适应度函数的最小值，求解目标位置。

所述构建由七个标量磁传感器组成的传感器阵列，包括：

阵列中心为坐标原点o，七个传感器位于原点及三个坐标轴上，阵列中各传感器的坐标为T₀(0,0,0)，为防止传感器间相互干扰，L≥1m；

其中，L为每一坐标轴上两个远端传感器的距离。

所述根据所述传感器阵列，基于磁偶极子远场模型，建立地磁总场梯度与磁性目标位置坐标和磁矩矢量的关系，包括：

每台标量磁传感器测量值T_i都是地磁正常场B_E和目标异常场B_i相叠加的总场模，即

T_i＝|B_E+B_i|