[发明专利]一种基于旋转磁偶极子的两点轴频磁场定位方法和装置

权利要求书

1.一种基于旋转磁偶极子的两点轴频磁场定位方法，其特征在于，包括：

S1，将舰船旋转螺旋桨等效为旋转磁偶极子，建立所述旋转磁偶极子的测量坐标系；

S2，基于旋转磁偶极子的测量坐标系，分析获得所述旋转磁偶极子的旋转初始角度与旋转磁偶极子在预设观测点P处产生的磁场强度之间的关系式；步骤S2具体包括：

S21，将旋转磁偶极子磁矩分解为三个正交磁矩和求解所述三个正交磁矩产生的磁场强度和求解三个正交磁矩和产生的磁场强度和各自在x、y、z三轴的分量，进而获得旋转磁偶极子在预设观测点处产生的磁场强度在x、y、z三轴的分量与磁场强度和各自在x、y、z三轴的分量的关系式；

S22，根据旋转磁偶极子在预设观测点处产生的磁场强度在x、y、z三轴的分量，求解获得旋转磁偶极子的旋转初始角度α₀与所述磁场强度之间的关系式；

S3，根据在第一观测点P₁和第二观测点P₂测得的磁场强度，结合旋转磁偶极子的旋转初始角度与旋转磁偶极子在预设观测点处产生的磁场强度之间的关系式，通过两点旋磁定位算法求解出旋转磁偶极子的坐标位置。

2.根据权利要求1所述的基于旋转磁偶极子的两点轴频磁场定位方法，其特征在于，步骤S1中所述将舰船旋转螺旋桨等效为旋转磁偶极子，建立所述旋转磁偶极子的测量坐标系，具体包括

假设旋转磁偶极子的旋转角速度为ω；旋转磁偶极子磁矩与x轴的初始夹角为α₀；假设旋转磁偶极子的坐标为D(x₀,y₀,z₀)，预设观测点的坐标为P(x,y,z)，旋转磁偶极子磁矩在xy坐标平面内的分量为在z轴上的磁矩分量为建立旋转磁偶极子的测量坐标系。

3.根据权利要求1所述的基于旋转磁偶极子的两点轴频磁场定位方法，其特征在于，步骤S21具体包括：

设旋转磁偶极子的磁矩在x、y和z轴上的磁矩分量分别为和则有：

式中，磁矩在xy平面内的投影为在z轴上的投影为ωgt表示任意时刻旋转磁偶极子转过的角度；α₀表示旋转磁偶极子磁矩与x轴的初始夹角；

由毕奥-萨伐尔定律得出，旋转磁偶极子D(x₀,y₀,z₀)在预设观测点P(x,y,z)处产生的磁感应强度为：

式中，表示旋转磁偶极子指向预设观测点位置矢量，r表示旋转磁偶极子到预设观测点的距离，r²＝(x-x₀)²+(y-y₀)²+(z-z₀)²；μ₀为相对磁导率，μ₀＝4π×10^-7；

设由x轴方向的磁矩产生的磁场强度为由y轴方向的磁矩产生的磁场强度为由z轴方向的磁矩产生的磁场强度为则由公式(1)、(2)得到磁矩在P点产生的磁场三分量为：

设磁矩三分量和在三轴的磁场分量分别为和则磁场强度表示为：

令：

其中，a₁₁,a₁₂,a₁₃,a₂₁,a₂₂,a₂₃,a₃₁,a₃₂,a₃₃分别表示等式右侧矩阵各分量；

将公式(3)进行化简得到：

由公式(5)得到：a₁₂＝a₂₁ (7)

根据公式(4)(7)得到，旋转磁偶极子在预设观测点P处产生的磁场强度在x、y、z三轴的分量B_x,B_y,B_z为：