[發明專利]一種實用的磁梯度張量高精度單點定位方法

在審

• 申請號: 202011257425.2
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112362048A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 李光;鐘華森;修春曉;周瑜
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三研究所
• 主分類號: G01C21/08
• 分類號: G01C21/08;G01V3/40
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 張彩珍

本發明涉及一種實用的磁梯度張量高精度單點定位方法，包含如下的步驟：S100：通過由八個三分量磁力儀組成的立方體陣列，測得立方體八個頂點處的磁場矢量值；S200：通過計算得到立方體六個面上的磁梯度張量矩陣G^m，m＝+x,?x,+y,?y,+z,?z；S300：通過計算求得每個面上的不變量m＝+x,?x,+y,?y,+z,?z；S400:通過計算求出a，b，c的值，其中a＝|I₁^+x/I₁^?x|，b＝|I₁^+y/I₁^?y|，c＝|I₁^+z/I₁^?z|；S500:判斷a，b，c的值大小，若有任意一個值超過上下限閾值，則認為有磁異常的存在，此時采用式(12)中的12個定位方程，通過最優化算法實現磁異常定位。本發明將立方體陣列六個面中心點處的不變量作為判斷磁異常是否存在的依據，極大地提升了磁梯度張量單點定位方法的實用性。

技術領域

本發明屬于磁法探測領域，特別是涉及一種實用的磁梯度張量高精度單點定位方法。

背景技術

磁梯度張量探測作為一種新興的地球物理觀測手段逐漸成為磁測技術的研究熱點，具有很多傳統磁總場、磁矢量探測方法所沒有的優點，磁梯度張量數據在不同方向上呈現出的磁性目標體信息量極為豐富，可更準確地描述地質體的特征，目前已被應用于磁性目標體的識別和定位，例如在隱伏地質體勘探、UXO探測、反潛等，在軍事、環境、資源勘探等方面有著廣闊的應用前景(2008.吳招財，劉天佑.磁力梯度張量測量及應用)。常規采用磁場矢量及磁梯度張量數據的磁梯度張量探測方法(2006.Nara T，Suzuki S，Ando S， Aclosed-form formula for magnetic dipole localization by measurement of itsmagnetic field and spatial gradients)，只需要單點觀測即可達到目標定位的目的，能夠減少解的非唯一性，不需要增加更多的觀測量，但在實際應用場景中，三分量磁力儀測得的磁場矢量是目標磁場與背景磁場尤其是地磁場疊加的結果，會受到地磁場的干擾，極大地限制了其實用性。

如圖1所示，磁場的三個分量(B_x,B_y,B_z)在空間xyz三個方向的導數構成了磁梯度張量，共包括九個元素，記為G，表示如下：

在實際測量中，常采用差分代替微分：

由Maxwell方程可知，B場(磁場)的散度及旋度為零，即張量矩陣具有無跡性與對稱性，得：

由式(3)可知，磁梯度張量矩陣中九個元素僅有五個元素是獨立的。另外，磁梯度張量矩陣還具有三個不受空間三維坐標系統繞坐標原點旋轉影響的不變量，即旋轉不變量，分別表示為

由Nara等人推導出磁偶極子位置信息與所處位置的磁場矢量及磁梯度張量矩陣之間的線性關系，即常規基于磁場矢量與磁梯度張量的單點定位算法，有如下關系式成立：

在已知磁梯度張量矩陣及相應磁偶極子的三分量磁場值(B_x,B_y,B_z)，就可得到磁偶極子的位置信息：

但是由于磁場矢量(B_x,B_y,B_z)為磁偶極子在某一點處所產生的磁場矢量，在地磁場存在的情況下，很難獲得其測量值，通常應用于已知地磁背景場的場景，極大地限制了該算法的應用范圍。