[发明专利]一种基于磁梯度张量的探测方法

说明书

本发明提出了一种基于磁梯度张量的探测方法，所述探测方法包括以下步骤：步骤一、先利用STAR法计算位置向量和磁矩向量初值；步骤二、接着计算新的磁梯度收缩的梯度，并计算新的位置向量和磁矩向量；步骤三、重复步骤二直至前后两次位置向量的差值满足收敛条件或者迭代次数达到限制。本发明揭示了非球面误差产生的机理，提出了不含非球面系数的磁梯度收缩，利用迭代法提出了消除非球面误差的ISM；ISM分别将STAR法、LSM、WSM的平均定位误差减小了94.6％、40.4％、38.0％，进一步提高了三种磁探测方法的磁探测精度。

技术领域

本发明涉及一种基于磁梯度张量的探测方法，属于磁探测技术领域。

背景技术

磁探测可实时探测非配合的磁目标，是众多领域的研究热点。在军事工程领域，可用于探测水下潜艇、未爆炸物(UXO)、磁性障碍物等。在医疗研究领域，可用于无线胶囊跟踪、靶向癌细胞的检测、舌头跟踪等。在地球物理领域，可用于矿产勘探、洞穴测绘、地磁场演变等。

磁探测方法是磁探测的核心研究内容，磁探测方法的改进是提高磁探测精度重要手段。因为磁梯度张量包含丰富的磁场信息，并且地磁场的磁梯度张量基本为零，所以基于磁梯度张量的磁探测方法可以准确、快速的探测磁目标。有学者基于磁梯度张量，提出了标量三角测量与测距(STAR)法。STAR法不仅可以实时地探测磁目标，而且探测精度不受地磁场影响，受到了广泛的关注。由于非球面系数的存在，STAR法在计算磁目标的距离和方向时都会产生误差，称为“非球面误差”。为了进一步提高STAR法的探测精度，现有研究对非球面误差进行了补偿。

在现有的改进的STAR法中，存在如下问题：

1、只补偿STAR法的方向误差，并且无法在实际磁探测中使用。

2015年，有学者利用迭代法对方向误差进行了补偿，本文将这种磁探测方法称为SSM。在探测距离为8～11.31m的范围内，SSM的探测误差不超过1％。但SSM只对方向误差进行了补偿，并没有对距离误差进行补偿。并且SSM只能在信噪比大于200的工况下使用，这种工况几乎不可能在实际磁探测中出现。因此，SSM无法在实际磁探测中使用。

2、对方向误差和距离误差都进行了补偿，但提升的探测精度非常有限。

2015年，有学者提出了不含非球面系数的磁梯度收缩，对STAR法的方向误差和距离误差都进行了补偿，本文将这种磁探测方法称为LSM。当磁目标在平行于x-y平面的圆形轨迹上运动时，相比STAR法，LSM的探测误差只减小了10.9％。因此，LSM只补偿了小部分的非球面误差，所提升的探测精度非常有限。

3、只补偿STAR法的方向误差，限制了探测精度的进一步提升。

2016年，有学者利用修正的磁梯度收缩和迭代法补偿了STAR法的方向误差，本文将这种磁探测方法称为WSM。当磁目标在平行于x-y平面的圆形轨迹上运动时，相比STAR法，WSM的探测误差减小了68.5％。方向误差是非球面误差的主要组成部分，但如果不对STAR法的距离误差也进行补偿，就无法进一步提升磁探测精度。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于磁梯度张量的探测方法，以解决SSM只补偿STAR法的方向误差，并且无法在实际磁探测中使用；LSM对方向误差和距离误差都进行了补偿，但提升的探测精度非常有限；WSM只补偿STAR法的方向误差，限制了探测精度的进一步提升的问题。

一种基于磁梯度张量的探测方法，所述探测方法包括以下步骤：

步骤一、先利用STAR法计算位置向量和磁矩向量初值；

步骤二、通过式(10)、(11)计算新的磁梯度收缩的梯度▽C，并利用式(13)、(14)计算新的位置向量和磁矩向量，其中，所述式(10)为：