[發(fā)明專利]一種磁場測量裝置姿態(tài)擺動干擾去除方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710156329.0
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106842080B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 牛紅攀;胡紹全;王小龍;劉信恩;吳付崗;孫樂
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: G01R33/10
• 分類號: G01R33/10;G01R33/00;G06F17/50
• 代理公司: 北京天奇智新知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 楊春

本發(fā)明公開了一種磁場測量裝置姿態(tài)擺動干擾去除方法，包括以下步驟：設(shè)定磁場測量裝置的參考坐標(biāo)系和全局坐標(biāo)系，并測量參考坐標(biāo)系與全局坐標(biāo)系之間的夾角即姿態(tài)角度；根據(jù)以下公式計算在全局坐標(biāo)系中的磁矢量r₁：r₁＝[R]^?1r₂，r₂表示在參考坐標(biāo)系中的磁矢量，[R]^?1是[R]的逆矩陣，[R]是旋轉(zhuǎn)矩陣。本發(fā)明通過將含姿態(tài)擺動干擾的參考坐標(biāo)系中的磁矢量轉(zhuǎn)換為無姿態(tài)擺動干擾的全局坐標(biāo)系中的磁矢量，從而從本質(zhì)上去除了磁場測量裝置姿態(tài)擺動引起的干擾。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于磁場測量的去干擾方法，尤其涉及一種磁場測量裝置姿態(tài)擺動干擾去除方法。

背景技術(shù)

磁場是地球物理場的重要組成部分，通過測量磁場的空間分布，可以間接的反應(yīng)地下鐵磁質(zhì)物體的變化特征，應(yīng)用于地磁勘探、磁層析檢測等領(lǐng)域。地磁勘探利用處于地磁場中的巖石、礦物等磁性目標(biāo)的磁場差異所形成的局部磁異常場實現(xiàn)磁性礦體定位及其構(gòu)造特點等性質(zhì)的研究，具有經(jīng)濟成本低、探測范圍大、運轉(zhuǎn)周期短、應(yīng)用效果好等優(yōu)點；磁層析檢測采用傳感器陣列測量管道上方的空間磁場分布，通過獲得磁場的異常信號，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理和分析，得到缺陷的位置和類型，是21世紀(jì)較有前景的無損檢測技術(shù)之一。

磁場是一個空間矢量，具有幅值和方向。進行磁場測量的裝置通常采用多個高精度磁場傳感器，不僅可以測量磁場標(biāo)量值，即磁矢量的幅值，還可以得到磁場在不同坐標(biāo)方向上的投影，即磁矢量的分量。

在磁場測量時，如果磁場測量裝置(儀器)的姿態(tài)發(fā)生變化，即磁場測量的基準(zhǔn)坐標(biāo)系發(fā)生改變，那么測得的三個磁場分量信號將出現(xiàn)明顯波動。比如，磁場幅值變化在0.5A/m左右時，磁場的三個分量可以出現(xiàn)明顯波動，波動在5～20A/m，磁場三個分量出現(xiàn)的波動是由測量裝置(儀器)姿態(tài)變化引起的。儀器姿態(tài)擺動對磁場信號的幅值沒有影響，原因是磁場信號的幅值即磁矢量的“?！?，與測量基準(zhǔn)坐標(biāo)系無關(guān)。

這種儀器姿態(tài)擺動引起的磁場分量的較大波動，對于高精度磁場測量十分不利。無論是地磁勘探還是磁層析檢測，都需要找出磁場信號中的異常信號(即目標(biāo)信號)，如果儀器姿態(tài)擺動引起的干擾太大，則目標(biāo)信號會被儀器姿態(tài)擺動干擾引起的“波動信號”淹沒，特別是如果目標(biāo)信號的頻率與“波動”的頻率相近，則更難以將目標(biāo)信號提取出來。

傳統(tǒng)去除儀器姿態(tài)擺動干擾的方法有兩大類：

(1)盡量減少儀器的姿態(tài)擺動：采用輔助裝置，使得磁場測量裝置(儀器)盡量平穩(wěn)，測量時儀器的姿態(tài)不發(fā)生較大改變；如在城市柏油路面可采用滾輪攜帶傳感器前進，在實驗室可使用輔助支架使得儀器平滑前進，在高空可使用航空飛行器攜帶儀器前行。

(2)濾波等信號處理方法：在磁場目標(biāo)信號的特征頻率與儀器姿態(tài)擺動引起干擾信號的特征頻率相差較大時，可采用高頻濾波、滑動平均濾波、小波分析等信號處理方法，將干擾信號去除。

上述兩種傳統(tǒng)方法都存在各自缺陷，具體表現(xiàn)為：

對于上述第一類方法，在磁層析檢測等實際磁場測量時，磁場測量裝置(儀器)由操作人員攜帶行走，無法采用輔助裝置，例如磁層析檢測多發(fā)生在野外環(huán)境，地面崎嶇不平，無法采用滾輪輔助行走的方式；輔助支架由于體積和重量的限制，無法適用于快速的野外作業(yè)；航空測量，地面的莊稼、樹木使得飛行器難以貼近地表面飛行，而飛的太高的話，磁場傳感器距磁源的距離會變得太遠，難以測得有效的目標(biāo)信號。因此在磁層析檢測等野外實際測量時，只能由操作人員攜帶儀器(背、抱、提)前進，而操作人員行走會帶來不可避免的儀器姿態(tài)擺動。

對于上述第二類方法，根據(jù)磁層析檢測實際磁場信號分析可知，目標(biāo)信號與儀器姿態(tài)擺動引起的干擾信號的特征頻率相近，且姿態(tài)擺動干擾具有較大的不確定性，因此采用濾波的方法難以去除擺動干擾信號。

發(fā)明內(nèi)容