[發明專利]基于兩點磁梯度全張量的線性定位方法

有效

• 申請號: 202110013391.0
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112684511B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 張寧;徐磊;趙鶴達
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01V3/38
• 分類號: G01V3/38;G01V3/08
• 代理公司: 武漢匯知云專利代理事務所(普通合伙) 42283
• 代理人: 劉焓

1.一種基于兩點磁梯度全張量的線性定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，以空間中任意一點為原點建立空間直角坐標系，確定第一觀測點與第二觀測點的坐標，得到待定位目標點的定位公式：

其中，

式中，表示坐標原點到目標點的位置矢量，表示坐標原點到第一觀測點的位置矢量，表示目標點到第一觀測點的位置矢量，表示第一觀測點到第二觀測點的位置矢量，G₁、G₂分別表示第一觀測點與第二觀測點處的磁梯度全張量；

S2，分別測量兩個觀測點的磁梯度全張量G₁、G₂；

S3，將步驟S2中測得的數據代入步驟S1中，計算得到待定位目標點的定位數據；

步驟S1中，得到待定位目標點的定位公式的具體步驟如下：

對于任意點(x,y,z)的磁場矢量其三個分量B_x,B_y,B_z在各自空間方向上的變化率即為磁梯度全張量，記為G，其表達式為：

在磁偶極子空間任意一點的磁場表示為：

其中，μ₀為真空的磁導率，r為磁性目標到探測點的位置矢量的模值，為磁性目標的磁矩矢量，為的單位矢量；

設在位置矢量處的磁場強度為由公式(4)可得

根據公式(4)和(5)可得

在公式(6)中

將公式(7)代入公式(6)可得

在公式(8)中根據全微分方程可得

則可以表示為：

根據公式(8)和(10)可得：

將目標點到第一觀測點的位置矢量表示為目標點到第二觀測點的位置矢量表示為則兩個觀測點的相對位置矢量關系為：

由公式(11)可得

分別表示第一觀測點與第二觀測點處的磁場；

由公式(10)可得

根據公式(12)、(13)、(14)、(15)即可得到式(2)：

進一步便可得到式(1)：

2.根據權利要求1所述的基于兩點磁梯度全張量的線性定位方法，其特征在于，步驟S2中，采用四個對稱設置的磁通門傳感器構成十字形磁梯度全張量測量系統，利用該系統測量磁場數據，并根據測得的數據分別計算得出第一觀測點和第二觀測點的磁梯度全張量G₁、G₂。

3.根據權利要求2所述的基于兩點磁梯度全張量的線性定位方法，其特征在于，步驟S2中，具體根據如下步驟測量兩個觀測點的磁梯度全張量：

根據麥克斯韋方程，有

由公式(16)和(17)可得

則公式(3)可表示為：

將待測點放置在十字形磁梯度全張量測量系統的幾何中心處，則待測點的磁梯度全張量可表示為：

其中，d表示每兩個相對磁通門的基線距離，B_i'x、B_i'y、B_i'z分別表示第i'個磁通門傳感器測得的磁場強度的三個方向的分量，i'＝1、2、3、4，且四個磁通門傳感器依次逆時針排列；

分別將第一觀測點和第二觀測點放置在十字形磁梯度全張量測量系統的幾何中心處，并利用公式(20)即可分別測得第一觀測點和第二觀測點的磁梯度全張量G₁、G₂。