一种磁源的实时定位系统及实时定位方法技术方案

本发明专利技术提供一种磁源的实时定位系统及实时定位方法，所述定位系统包括：设于不同测点的至少两组磁源定位装置；其中，磁源定位装置包括：安装支架，用于提供安装平台；全张量磁梯度测量组件，设于所述安装支架上，用于同步测量待定位磁源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值；位置定位器，刚性连接于所述全张量磁梯度测量组件，用于测量所述全张量磁梯度测量组件在地理坐标系下的位置信息；测控组件，电连接于所述全张量磁梯度测量组件及所述位置定位器，用于采集所述磁场梯度值及所述位置信息并根据采集的数据对所述待定位磁源进行实时定位。通过本发明专利技术解决了现有定位方法中存在虚解或受基线长度限制而无法实现长距离高精度定位的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种磁源的实时定位系统及实时定位方法
本专利技术属于磁法探测领域，特别是涉及一种磁源的实时定位系统及实时定位方法。
技术介绍
全张量磁梯度描述的是磁场矢量在三维空间的变化率信息，即磁场矢量的三个分量在空间中三个方向上的梯度。全张量磁梯度的测量结果具有受磁化方向影响小，能够反映目标体的矢量磁矩信息，且能更好地反演场源参数(方位、磁矩等)等优点，故可以对场源进行定位和追踪，提高磁源体的分辨率。现有技术中，利用全张量磁梯度对场源(磁源)进行定位的方法有很多，如利用全张量磁梯度矩阵的特征值和总场求解磁偶极子相对于测量点的距离和磁矩模，然后利用几何不变量求解磁偶极子的位置及磁矩矢量的单位向量，最后在去除磁偶极子位置及磁矩矢量的虚解后，通过合成他们的单位向量和模，即可获得磁源的位置；该方法虽然给出了一种基于全张量不变量的磁源定位方法，但存在虚解，需要根据先验条件进行判断后去除，而在某些情况下，先验条件未必充足到支持虚解的去除，比如在矿洞里，就无法通过磁源在地面的上下方来去除虚解；此外，该方法还需要已知磁源的总场信息，而在实际情况中，磁源的总场信息很难准确获得。又如通过求解测量系统中正六面体的六个平面中心点处磁梯度张量的特征值,并把这些特征值按照一定关系进行组合来消除椭圆系数，获得六个平面的新不变量，再对这些新不变量求其梯度值，根据这些梯度值对目标进行定位；该方法虽然给出了一种基于全张量不变量的磁源定位方法，但需要八个三轴磁力仪，只适用于小型化的低精度磁力仪，而且定位精度受限于磁力仪之间的基线长度，无法实现长距离的磁源定位，尤其是对于高精度的超导磁传感器，受杜瓦尺寸限制，更是无法发挥超导磁传感器的高灵敏度优势。可见，现有定位方法不是存在虚解问题，就是受基线长度限制而无法实现长距离的高精度定位；因此，如何提供一种高效的磁源定位系统及磁源定位方法是本领域技术人员迫切需要解决的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种磁源的实时定位系统及实时定位方法，用于解决现有定位方法中存在虚解或受基线长度限制而无法实现长距离高精度定位的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种磁源的实时定位系统，所述实时定位系统包括：设于不同测点的至少两组磁源定位装置；其中，所述磁源定位装置包括：安装支架，用于提供安装平台；全张量磁梯度测量组件，设于所述安装支架上，用于同步测量待定位磁源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值；位置定位器，刚性连接于所述全张量磁梯度测量组件，用于测量所述全张量磁梯度测量组件在地理坐标系下的位置坐标；测控组件，电连接于所述全张量磁梯度测量组件及所述位置定位器，用于采集所述磁场梯度值及所述位置坐标，并根据采集的数据对所述待定位磁源进行实时定位。可选地，所述全张量磁梯度测量组件包括：至少一个磁强计。可选地，所述安装支架包括低温容器，用于为所述全张量磁梯度测量组件提供安装平台，同时为所述全张量磁梯度测量组件提供低温环境。可选地，所述全张量磁梯度测量组件包括：至少一个平面梯度计。可选地，所述低温容器包括低温杜瓦。可选地，所述位置定位器包括：差分GPS接收机或组合惯导。本专利技术还提供了一种磁源的实时定位方法，所述实时定位方法包括：搭建如上所述的实时定位系统；同步获取所述待定位磁源在两选定测点的所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值，并获取两选定测点的所述全张量磁梯度测量组件的位置坐标；根据两选定测点对应的所述磁场梯度值及全张量不变量获取所述待定位磁源到两选定测点的所述全张量磁梯度测量组件的位置矢量的单位向量；根据两选定测点对应的所述位置坐标及所述待定位磁源到两选定测点的所述全张量磁梯度测量组件的位置矢量的单位向量建立空间直线模型，以获取所述待定位磁源在地理坐标系下的位置坐标，从而实现对所述待定位磁源的实时定位。可选地，同步获取所述待定位磁源在两选定测点的所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值的方法包括：同步获取所述待定位磁源在不同测点的所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值，并对不同测点对应的所述磁场梯度值进行信噪比比较以选出信噪比最优的两个所述磁场梯度值；其中，选出的两个所述磁场梯度值对应的测点作为所述选定测点。可选地，获取所述全张量磁梯度测量组件位置坐标的方法包括：获取所述位置定位器的位置坐标，并获取所述全张量磁梯度测量组件与所述位置定位器之间的偏移量；基于所述偏移量对所述位置坐标进行修正，以获取所述全张量磁梯度测量组件的位置坐标。可选地，获取所述待定位磁源到两选定测点的所述全张量磁梯度测量组件的位置矢量的单位向量方法包括：根据两选定测点对应的所述磁场梯度值分别获取两选定测点对应的全张量磁梯度矩阵特征值；根据两选定测点对应的全张量磁梯度矩阵特征值分别获取两选定测点对应的全张量磁梯度矩阵最小绝对特征值，并根据两选定测点对应的全张量磁梯度矩阵最小绝对特征值获取一参考方向向量；其中，所述参考方向向量平行于所述待定位磁源磁矩的方向向量；根据全张量不变量确定所述待定位磁源的磁矩矢量的单位向量，从而获取所述待定位磁源到两选定测点的所述全张量磁梯度测量组件的位置矢量的单位向量；其中，MT为全张量不变量，λ1、λ2、λ3为全张量磁梯度矩阵特征值，μ0为真空磁导率，M为待定位磁源的磁矩的模，R为全张量磁梯度测量组件与待定位磁源之间的距离。可选地，获取所述参考方向向量的方法包括：根据两选定测点对应的全张量磁梯度矩阵最小绝对特征值获取其对应的特征向量，并通过对两所述特征向量求取向量积以获取所述参考方向向量。可选地，确定所述待定位磁源的磁矩矢量的单位向量的方法包括：根据全张量不变量及两选定测点对应的全张量磁梯度矩阵特征值判断所述待定位磁源到两选定测点的所述全张量磁梯度测量组件的距离远近，从而确定所述待定位磁源的磁矩矢量的单位向量。可选地，所述空间直线模型包括：和其中，x、y、z是所述待定位磁源的位置坐标，Ax、Ay、Az是一选定测点的所述全张量磁梯度测量组件的位置坐标，PA、QA、HA是所述待定位磁源到一选定测点的所述全张量磁梯度测量组件的位置矢量的单位向量，Bx、By、Bz是另一选定测点的所述全张量磁梯度测量组件的位置坐标，PB、QB、HB是所述待定位磁源到另一选定测点的所述全张量磁梯度测量组件的位置矢量的单位向量。可选地，所述定位方法还包括：对不同测点的所述全张量磁梯度测量组件进行两两组合以获取多组所述待定位磁源的初始位置坐标，并对多组所述初始位置坐标求平均以获取所述待定位磁源的位置坐标。可选地，所述定位方法还包括：重复上述步骤获取多组所述待定位磁源的位置坐标，并通过对多组所述位置坐标求平均以获取所述待定位磁源的最终位置坐标。如上所述，本专利技术的一种磁源的实时定位系统及实时定位方法，利用至少两组磁源定位装置(每组所述磁源定位装置均是由安装支架或低温容器、全张量磁梯度测量组件、位置定位器及测控组件构成)同步采集待定位磁源到两选定测点的全张量磁梯度测量组件处的磁场梯度值，并结合与姿态无关的全张量不变量获取待定位磁源到两选定测点的全张量磁梯度测量组件的位置矢量的单位向量，同时去除了虚解，之后再结合两选定测点的位置坐标建立空间直线模型以获取待定位磁源在地理坐标系下的位置坐标，从而简单、快速地实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁源的实时定位系统，其特征在于，所述实时定位系统包括：设于不同测点的至少两组磁源定位装置；其中，所述磁源定位装置包括：安装支架，用于提供安装平台；全张量磁梯度测量组件，设于所述安装支架上，用于同步测量待定位磁源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值；位置定位器，刚性连接于所述全张量磁梯度测量组件，用于测量所述全张量磁梯度测量组件在地理坐标系下的位置坐标；测控组件，电连接于所述全张量磁梯度测量组件及所述位置定位器，用于采集所述磁场梯度值及所述位置坐标，并根据采集的数据对所述待定位磁源进行实时定位。

【技术特征摘要】
1.一种磁源的实时定位系统，其特征在于，所述实时定位系统包括：设于不同测点的至少两组磁源定位装置；其中，所述磁源定位装置包括：安装支架，用于提供安装平台；全张量磁梯度测量组件，设于所述安装支架上，用于同步测量待定位磁源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值；位置定位器，刚性连接于所述全张量磁梯度测量组件，用于测量所述全张量磁梯度测量组件在地理坐标系下的位置坐标；测控组件，电连接于所述全张量磁梯度测量组件及所述位置定位器，用于采集所述磁场梯度值及所述位置坐标，并根据采集的数据对所述待定位磁源进行实时定位。2.根据权利要求1所述的磁源的实时定位系统，其特征在于，所述全张量磁梯度测量组件包括：至少一个磁强计。3.根据权利要求1所述的磁源的实时定位系统，其特征在于，所述安装支架包括低温容器，用于为所述全张量磁梯度测量组件提供安装平台，同时为所述全张量磁梯度测量组件提供低温环境。4.根据权利要求3所述的磁源的实时定位系统，其特征在于，所述全张量磁梯度测量组件包括：至少一个平面梯度计。5.根据权利要求3所述的磁源的实时定位系统，其特征在于，所述低温容器包括低温杜瓦。6.根据权利要求1所述的磁源的实时定位系统，其特征在于，所述位置定位器包括：差分GPS接收机或组合惯导。7.一种磁源的实时定位方法，其特征在于，所述实时定位方法包括：搭建如权利要求1至6任一项所述的实时定位系统；同步获取所述待定位磁源在两选定测点的所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值，并获取两选定测点的所述全张量磁梯度测量组件的位置坐标；根据两选定测点对应的所述磁场梯度值及全张量不变量获取所述待定位磁源到两选定测点的所述全张量磁梯度测量组件的位置矢量的单位向量；根据两选定测点对应的所述位置坐标及所述待定位磁源到两选定测点的所述全张量磁梯度测量组件的位置矢量的单位向量建立空间直线模型，以获取所述待定位磁源在地理坐标系下的位置坐标，从而实现对所述待定位磁源的实时定位。8.根据权利要求7所述的磁源的实时定位方法，其特征在于，同步获取所述待定位磁源在两选定测点的所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值的方法包括：同步获取所述待定位磁源在不同测点的所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值，并对不同测点对应的所述磁场梯度值进行信噪比比较以选出信噪比最优的两个所述磁场梯度值；其中，选出的两个所述磁场梯度值对应的测点作为所述选定测点。9.根据权利要求7所述的磁源的实时定位方法，其特征在于，获取所述全张量磁梯度测量组件位置坐标的方法包括：获取所述位置定位器的位置坐标，并获取所述全张量磁梯度测量组件与所述位置定位器之间的偏移量...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍俊，荣亮亮，张国锋，张树林，邱隆清，宋正威，裴易峰，代海宾，尤立星，谢晓明，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31