[发明专利]一种基于磁梯度全张量的磁性目标定位方法

说明书

本发明属于磁场测量技术领域，具体涉及一种基于磁梯度全张量的磁性目标定位方法，包括以下步骤：步骤1、测量两个观测点处的磁梯度全张量；步骤2、求解两个观测点处的磁梯度张量矩阵的特征多项式，计算得到对应的实数特征值和对应的单位特征向量；步骤3、计算两个观测点对应的归一化磁源强度，相对位置矢量与磁矩矢量的夹角余弦；平面P1与平面P2的夹角余弦；步骤4、计算两个观测点处的相对位置矢量夹角的余弦值，以及相对位置矢量的模值；步骤5、建立方程组，求解得到相对位置矢量的单位方向向量；步骤6、确定磁源位置。本发明测量方便，计算简单，准确性高。

技术领域

本发明属于磁场测量技术领域，具体涉及一种基于磁梯度全张量的磁性目标定位方法。

背景技术

铁磁性物质被地磁场磁化后产生的磁场会对地磁场造成扰动，进而影响地磁场分布，出现地磁异常现象。以该现象为基础，测量铁磁性物质在地磁空间中产生的附加磁场，通过反演能够获得磁异常体的位置信息，实现磁异常目标探测。

传统的磁异常目标定位方法主要分为基于总量的定位方法，基于矢量的定位方法和基于梯度的定位方法，主要存在以下问题：(1)基于总量定位方法主要根据对大量的已有的磁化物体(圆形、方形、柱形、线形等等)的数据采集进行比对，进而区分与识别磁异常目标体。这一原理要求必须进行大量的先验计算，计算量大且实时性差。(2)基于矢量的解算方法由于每个分量都具有方向性，对敏感轴定向的要求很高，受传感器平台空间姿态影响较大。(3)基于矢量梯度或总量梯度的反演定位方法由于只是总磁场在某个方向或平面内的投影，难免信息不全。

随着磁测量技术的发展，磁异常目标探测也经历了磁总量探测、磁梯度探测，直至现在的磁梯度全张量探测。磁梯度全张量探测技术与总量、矢量探测技术相比，受地磁场影响小，能够提供更加丰富的磁场信息，实现更加精确的定位。现有的基于单点磁梯度全张量的磁异常目标定位方法包括欧拉法、特征值特征向量法和STAR(Scalar Triangulationand Ranging)法，具有以下问题：(1)欧拉法需测量磁场内任意一点的磁梯度张量和磁场矢量三分量，但是由于背景地磁场的存在，磁场矢量三分量难以从地磁场中分离，其测量会造成较大的定位误差。(2)STAR法中固有非球面误差的存在会造成较大的定位误差，并且测量系统复杂，需要较多传感器，增加硬件制造成本。(3)特征值特征向量法方法简单，反演定位精度较高，但存在固有的四重模糊，定位结果不唯一，因此需要添加一些额外的信息来获得唯一解，例如添加该点的磁场矢量或的分量,但是由于地磁场的影响，的测量较难，会引入较大误差。

此外，现有的基于单点磁梯度全张量磁异常目标定位方法的改进方法包括多点测量定位和高阶张量定位。改进的多点测量定位方法大多使用较多的点数获得近似解，并且容易受观测点之间距离的影响，或采用遗传算法、粒子群算法等优化算法，算法复杂性高。高阶张量定位方法由于高阶磁梯度量本身较小，易受仪器测量噪声影响，因此对仪器精度要求较高。

发明内容

本发明克服现有技术中磁目标定位方法准确性低、易受地磁场干扰的关键性技术难题，提供一种基于两点磁梯度全张量的磁性目标定位方法，以简化定位算法，并且提高定位精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于磁梯度全张量的磁性目标定位方法，包括以下步骤：

步骤1、测量两个观测点处的磁梯度全张量；

步骤2、求解两个观测点处的磁梯度张量矩阵的特征多项式，计算得到对应的实数特征值和对应的单位特征向量；

步骤3、计算两个观测点对应的归一化磁源强度μ₁和μ₂；计算相对位置矢量和与磁矩矢量的夹角余弦cosθ₁和cosθ₂；计算第一观测点的相对位置矢量和磁偶极子磁矩矢量所在平面P1与第二观测点的相对位置矢量和磁偶极子磁矩矢量所在平面P2的夹角余弦cosα；