[發明專利]一種基于磁梯度張量的探測方法

有效

• 申請號: 202010048648.1
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111190230B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 潘東華;林生鑫;靳崇渝;金銀錫;葛宇航;李立毅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08;G01R33/022
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發明提出了一種基于磁梯度張量的探測方法，所述探測方法包括以下步驟：步驟一、先利用STAR法計算位置向量和磁矩向量初值；步驟二、接著計算新的磁梯度收縮的梯度，并計算新的位置向量和磁矩向量；步驟三、重復步驟二直至前后兩次位置向量的差值滿足收斂條件或者迭代次數達到限制。本發明揭示了非球面誤差產生的機理，提出了不含非球面系數的磁梯度收縮，利用迭代法提出了消除非球面誤差的ISM；ISM分別將STAR法、LSM、WSM的平均定位誤差減小了94.6％、40.4％、38.0％，進一步提高了三種磁探測方法的磁探測精度。

技術領域

本發明涉及一種基于磁梯度張量的探測方法，屬于磁探測技術領域。

背景技術

磁探測可實時探測非配合的磁目標，是眾多領域的研究熱點。在軍事工程領域，可用于探測水下潛艇、未爆炸物(UXO)、磁性障礙物等。在醫療研究領域，可用于無線膠囊跟蹤、靶向癌細胞的檢測、舌頭跟蹤等。在地球物理領域，可用于礦產勘探、洞穴測繪、地磁場演變等。

磁探測方法是磁探測的核心研究內容，磁探測方法的改進是提高磁探測精度重要手段。因為磁梯度張量包含豐富的磁場信息，并且地磁場的磁梯度張量基本為零，所以基于磁梯度張量的磁探測方法可以準確、快速的探測磁目標。有學者基于磁梯度張量，提出了標量三角測量與測距(STAR)法。STAR法不僅可以實時地探測磁目標，而且探測精度不受地磁場影響，受到了廣泛的關注。由于非球面系數的存在，STAR法在計算磁目標的距離和方向時都會產生誤差，稱為“非球面誤差”。為了進一步提高STAR法的探測精度，現有研究對非球面誤差進行了補償。

在現有的改進的STAR法中，存在如下問題：

1、只補償STAR法的方向誤差，并且無法在實際磁探測中使用。

2015年，有學者利用迭代法對方向誤差進行了補償，本文將這種磁探測方法稱為SSM。在探測距離為8～11.31m的范圍內，SSM的探測誤差不超過1％。但SSM只對方向誤差進行了補償，并沒有對距離誤差進行補償。并且SSM只能在信噪比大于200的工況下使用，這種工況幾乎不可能在實際磁探測中出現。因此，SSM無法在實際磁探測中使用。

2、對方向誤差和距離誤差都進行了補償，但提升的探測精度非常有限。

2015年，有學者提出了不含非球面系數的磁梯度收縮，對STAR法的方向誤差和距離誤差都進行了補償，本文將這種磁探測方法稱為LSM。當磁目標在平行于x-y平面的圓形軌跡上運動時，相比STAR法，LSM的探測誤差只減小了10.9％。因此，LSM只補償了小部分的非球面誤差，所提升的探測精度非常有限。

3、只補償STAR法的方向誤差，限制了探測精度的進一步提升。

2016年，有學者利用修正的磁梯度收縮和迭代法補償了STAR法的方向誤差，本文將這種磁探測方法稱為WSM。當磁目標在平行于x-y平面的圓形軌跡上運動時，相比STAR法，WSM的探測誤差減小了68.5％。方向誤差是非球面誤差的主要組成部分，但如果不對STAR法的距離誤差也進行補償，就無法進一步提升磁探測精度。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于磁梯度張量的探測方法，以解決SSM只補償STAR法的方向誤差，并且無法在實際磁探測中使用；LSM對方向誤差和距離誤差都進行了補償，但提升的探測精度非常有限；WSM只補償STAR法的方向誤差，限制了探測精度的進一步提升的問題。

一種基于磁梯度張量的探測方法，所述探測方法包括以下步驟：

步驟一、先利用STAR法計算位置向量和磁矩向量初值；

步驟二、通過式(10)、(11)計算新的磁梯度收縮的梯度▽C，并利用式(13)、(14)計算新的位置向量和磁矩向量，其中，所述式(10)為：