[发明专利]一种基于磁梯度张量缩并量之比的测距定位方法

说明书

本发明公开了一种基于磁梯度张量缩并量之比的测距定位方法，属于磁探测与定位技术领域。所述定位方法包括以下步骤：将十个同类型三轴磁强计构成三轴磁强计平面阵列并将它们的各个敏感轴相互对齐；采集平面阵列的十个三轴磁强计输出；计算阵列四个面心处的磁性体磁梯度张量的独立分量值；由每两面心与磁性体之间的距离值的平方比为固定数值构成关于磁性体位置坐标的线性方程组，计算方程组得出磁性体位置坐标值。本发明相比于三轴磁强计阵列的空间立体结构，平面结构易于多个三轴磁强计组阵，特别是对于芯片化的微型三轴磁强计更具优势，也减少了阵列的安放空间。

技术领域

本发明涉及一种基于磁梯度张量缩并量之比的测距定位方法，属于磁探测与定位技术领域。

背景技术

磁梯度张量是磁场分量的空间变化率。磁梯度张量数据在磁性体的不同方向上呈现出的信息量极为丰富，有利于磁性体的识别和定位，是磁性体探测与定位的一种无源方式，具有很好的隐蔽性与广阔的应用前景，例如隐伏地质体勘探、UXO探测定位、反潜追踪等。近年来，磁梯度张量场的数据解释理论与应用得到人们的重视。

采用单一标量磁探测仪进行磁定位通常需要移动探测仪进行多次测量，定位结果还存在多解问题。目前，空间立体构型的三轴磁强计阵列可以实现单次测量定位，但这种阵列占用的空间较大。本发明提出的三轴磁强计阵列的平面结构易于多个三轴磁强计组阵，特别是对于芯片化的微型三轴磁强计更具优势，也减少了阵列的安放空间；提出的基于磁梯度张量缩并量之比的测距定位算法能通过单次测量获得磁性体位置坐标的唯一解，无需事先知道磁性体的磁矩，也消除了磁导率带来的定位误差。磁性体磁矩的最小二乘反演法抑制了磁场梯度张量测量噪声的干扰。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于磁梯度张量缩并量之比的测距定位方法，已解决现有的磁探测方法需事先知道磁性体的磁矩、磁导率会带来定位误差等问题。

一种基于磁梯度张量缩并量之比的测距定位方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、以三轴磁强计平面阵列所在的平面为z＝0建立空间直角坐标系，在面z＝0上设置四个磁梯度张量测量点，它们的空间坐标分别为P₁(x₁,y₁,0)、P₂(x₂,y₂,0)、P₃(x₃,y₃,0)和P₄(x₄,y₄,0)；

步骤二、以所述四个磁梯度张量测量点为局部十字形平面阵列的交叉点，由多个局部十字形阵列构成三轴磁强计平面阵列；

步骤三、将磁梯度张量缩并量C_T的定义式为

式中，T_αβ为磁梯度张量G的第α行、第β列元素，

磁梯度张量测量点相对于磁性体的位置矢量与磁性体磁矩矢量之间夹角φ的余弦值为：

其中，λ₁、λ₂、λ₃分别为G的特征值λ的第一个值、第二个值和第三个值，

对于磁偶极子磁性体，其磁梯度张量的缩并量C_T的计算式为：

式中，系数为磁梯度张量测量点相对于磁性体的位置矢量与磁性体磁矩矢量之间的夹角，μ为介质磁导率，m为磁性体磁矩的大小，r为磁梯度张量测量点与磁性体之间的距离；