一种磁源定位装置及磁源定位方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种磁源定位装置及磁源定位方法，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，设于安装支架上，用于测量待定位磁源在全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值；位置定位器，刚性连接于全张量磁梯度测量组件，用于测量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，电连接于全张量磁梯度测量组件及位置定位器，用于采集磁场梯度值及位置信息，并根据采集的数据对待定位磁源进行定位；运动载体，设于安装支架下方，用于载运安装支架进行位置移动，以实现全张量磁梯度测量组件的位置移动。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】
一种磁源定位装置及磁源定位方法
本专利技术属于磁法探测领域，特别是涉及一种磁源定位装置及磁源定位方法。
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装置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定位装置及磁源定位方法，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定位装置，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定位；运动载体，设于所述安装支架下方，用于载运所述安装支架进行位置移动，以实现所述全张量磁梯度测量组件的位置移动。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、组合惯导或增设有倾角仪的差分GPS接收机。本专利技术还提供了一种磁源定位方法，所述磁源定位方法包括：搭建如上所述的磁源定位装置；通过所述运动载体对所述全张量磁梯度测量组件进行位置移动，以获取不同测点的所述全张量磁梯度测量组件的位置信息测量值及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测量值；根据全张量不变量建立任意两测点处所述全张量磁梯度测量组件与所述待定位磁源之间的距离比值模型，以实现通过不同测点的所述位置信息测量值及所述磁场梯度测量值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定位。可选地，获取所述全张量磁梯度测量组件的位置信息测量值的方法包括：获取所述位置定位器的位置信息，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定位器的位置信息进行修正，以获取所述全张量磁梯度测量组件的位置信息。可选地，获取所述全张量磁梯度测量组件与所述待定位磁源之间的距离比值模型的方法包括：根据全张量不变量CT2＝Gxx2+Gyy2+Gzz2+2*Gxy2+2*Gxz2+2*Gyz2获取所述全张量磁梯度测量组件与所述待定位磁源之间的距离比值模型其中，CT为全张量磁梯度矩阵的费罗贝尼乌斯范数，CT1为第一测点处全张量磁梯度矩阵的费罗贝尼乌斯范数，CT2为第二测点处全张量磁梯度矩阵的费罗贝尼乌斯范数，Gxx、Gyy、Gzz、Gxy、Gxz、Gyz为全张量磁梯度矩阵的分量值，R为全张量磁梯度测量组件与待定位磁源之间的距离，R1为第一测点处全张量磁梯度测量组件与待定位磁源之间的距离，R2为第二测点处全张量磁梯度测量组件与待定位磁源之间的距离，θ为待定位磁源的磁矩与全张量磁梯度测量组件的位置矢量的夹角，θ1为待定位磁源的磁矩与第一测点处全张量磁梯度测量组件的位置矢量的夹角，θ2为待定位磁源的磁矩与第二测点处全张量磁梯度测量组件的位置矢量的夹角，μ0为真空磁导率，M为待定位磁源的磁矩的模，λ1、λ2、λ3为全张量磁梯度矩阵的特征值。可选地，获取所述全张量磁梯度测量组件与所述待定位磁源之间的距离比值模型的方法包括：根据全张量不变量获取所述全张量磁梯度测量组件与所述待定位磁源之间的距离比值模型其中，MT为全张量不变量，MT1为第一测点处的全张量不变量，MT2为第二测点处的全张量不变量，λ1、λ2、λ3为全张量磁梯度矩阵的特征值，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，R1为第一测点处全张量磁梯度测量组件与待定位磁源之间的距离，R2为第二测点处全张量磁梯度测量组件与待定位磁源之间的距离。可选地，所述磁源定位方法还包括：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最终位置坐标。如上所述，本专利技术的一种磁源定位装置及磁源定位方法，利用安装支架或低温容器、全张量磁梯度测量组件、位置定位器、测控组件及运动载体组成的磁源定位装置，通过与姿态无关的全张量不变量获取任意两测点的全张量磁梯度测量组件与待定位磁源之间的距离比值模型，之后再通过不同测点的所述位置信息测量值及所述磁场梯度测量值获取所述待定位磁源在地理坐标系下的位置坐标，从而简单、快速地实现对待定位磁源的定位；可见，本专利技术所述定位装置及定位方法无需知道待定位磁源的总场信息，只通过多组测量值即可获取待定位磁源的位置坐标，并且无虚解；同时本专利技术所述定位装置及定位方法可充分发挥基于超导磁传感器构建的全张量磁梯度测量组件的灵敏度优势，实现远距离高精度定位；而且本专利技术所述定位装置及定位方法操作简单快速、便于实现，非常适合在磁法定位测量领域中应用。附图说明图1显示为本专利技术实施例一所述磁源定位装置的结构示意图。图2显示为本专利技术实施例二所述磁源定位装置的结构示意图。图3显示为本专利技术实施例三所述磁源定位方法的流程图。元件标号说明100磁源定位装置101安装支架102全张量磁梯度测量组件103位置定位器104测控组件105运动载体200待定位磁源300磁源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁源定位装置，其特征在于，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定位；运动载体，设于所述安装支架下方，用于载运所述安装支架进行位置移动，以实现所述全张量磁梯度测量组件的位置移动。

【技术特征摘要】
1.一种磁源定位装置，其特征在于，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定位；运动载体，设于所述安装支架下方，用于载运所述安装支架进行位置移动，以实现所述全张量磁梯度测量组件的位置移动。2.根据权利要求1所述的磁源定位装置，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所述的磁源定位装置，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所述的磁源定位装置，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所述的磁源定位装置，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至5任一项所述的磁源定位装置，其特征在于，所述位置定位器包括：差分GPS接收机、组合惯导或增设有倾角仪的差分GPS接收机。7.一种磁源定位方法，其特征在于，所述磁源定位方法包括：搭建如权利要求1至6任一项所述的磁源定位装置；通过所述运动载体对所述全张量磁梯度测量组件进行位置移动，以获取不同测点的所述全张量磁梯度测量组件的位置信息测量值及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测量值；根据全张量不变量建立任意两测点处所述全张量磁梯度测量组件与所述待定位磁源之间的距离比值模型，以实现通过不同测点的所述位置信息测量值及所述磁场梯度测量值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定位。8.根据权利要求7所述的磁源定位方法，其特征在于，获取所述全张量磁梯度测量组件的位置信息测量值的方法包括：获取所述位置定位器的位置信息，并获取所述全张量磁梯度测量组件与所述位置定位...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍俊，荣亮亮，宋正威，代海宾，张国锋，邱隆清，张树林，裴易峰，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