[发明专利]一种基于信号方向的磁感应透地定位方法

权利要求书

1.一种基于信号方向的磁感应透地定位方法，其特征在于：

磁感应信号发射机为水平放置在地下的单轴环形通电线圈；

磁感应信号接收机为放置在地面上的两个三轴正交感应式磁芯线圈；其中，三轴正交感应式磁芯线圈的一个轴垂直于水平地面，另外两个轴平行于水平地面；

在单轴环形通电线圈中通正弦电流，正弦电流激发的准静态磁场分别在三轴正交感应式磁芯线圈的两端产生感应电压信号；根据三轴正交感应电压信号的强度确定磁感应透地定位信号的方向和强度；

将平行于地面的二个轴的感应电压信号进行矢量叠加，叠加信号所在直线经过单轴环形通电线圈的中轴线与地面的交点；

在两个所述三轴正交感应式磁芯线圈和所述交点构成的三角形中，计算所述交点与三轴正交感应式磁芯线圈之间的距离，完成水平定位；

在接收机、发射机以及所述交点构成的直角三角形中，确定发射机所在的顶角和磁感应透地定位信号的和矢量与地面的夹角之间的对应关系，计算出所述交点与发射机间的距离，实现垂直定位。

2.根据权利要求1所述的基于信号方向的磁感应透地定位方法，其特征在于：以单轴环形通电线圈的中心点为坐标原点建立球坐标系，则磁感应透地定位信号的信号强度为：

其中，n表示单轴环形通电线圈的匝数，r′表示接收机三轴正交感应式磁芯线圈的中心点与单轴环形通电线圈的中心点间的距离，θ表示三轴正交感应式磁芯线圈的中心点与单轴环形通电线圈的中心点的连线与单轴环形通电线圈的中心轴间的夹角，σ表示大地介质的电导率，μ₀表示大地介质的磁导率，R表示单轴环形通电线圈的半径；

发射机线圈电流为I＝I₀*sinωt，其中ω表示电流角频率，t表示时间，则

其中，n₀(t)表示磁感应透地定位信号中的频谱上随机分布的地磁噪声。

3.根据权利要求2所述的基于信号方向的磁感应透地定位方法，其特征在于：透地定位信号的水平分量均经过单轴环形通电线圈的中轴线与地面的交点，在两个接收机和所述交点构成的三角形中，测量地面上两个接收机之间的距离以及这两个接收机所在顶角的角度，根据正弦定理计算出所述交点与接收机之间的距离，完成水平定位。

4.根据权利要求2所述的基于信号方向的磁感应透地定位方法，其特征在于：在接收机、发射机以及所述交点构成的直角三角形中，将磁感应透地定位信号强度进行矢量分解，获取B的水平分量和垂直分量计算θ，结合接收机与所述交点间的距离，通过正切计算可获得发射机的垂直深度z，完成垂直定位。

5.根据权利要求4所述的基于信号方向的磁感应透地定位方法，其特征在于：若忽略地磁噪声的影响，式(2)中透地定位信号强度峰值为

对式(3)中的B进行矢量分解；首先将B在球坐标系中分解为沿r轴的分量和沿θ轴的分量，再将上述两个分量分别沿着z轴和H1轴进行矢量分解，得出B的水平分量B_H1和垂直分量B_Z1：

6.根据权利要求5所述的基于信号方向的磁感应透地定位方法，其特征在于：将式(4)中的两式相除，可得

则，θ的值为：

7.根据权利要求6所述的基于信号方向的磁感应透地定位方法，其特征在于：

在球坐标系中θ的取值范围为0-π，而为负值，不在θ的取值范围内；因此，

则发射机离地面的深度为：