一种磁探测方法盲区的分析方法技术

本发明专利技术提供了一种磁探测方法盲区的分析方法。主要解决了只能得出磁探测方法部分的盲区分布规律，而不是全区域范围内完整的盲区分布规律的问题。先建立完整的磁探测模型；然后建立分析模型，在全区域内分析磁目标的姿态和方向对盲区分布规律的影响；最后直观地展示磁探测方法在全区域内的盲区分布，从而得到磁探测方法完整的盲区分布规律。不仅能分析各种磁探测方法，而且能直观地、高效地得到盲区的分布规律；在全区域中分析磁探测方法盲区的分布规律，从而得到磁探测方法盲区完整的分布规律。

A Blind Zone Analysis Method for Magnetic Detection Method

【技术实现步骤摘要】
一种磁探测方法盲区的分析方法
本专利技术涉及一种磁探测方法盲区的分析方法，属于磁探测

技术介绍
近些年，磁探测受到越来越多人的重视和研究，在众多领域都有广泛的应用。在医疗研究领域，可用于胶囊内窥镜定位、肿瘤定位、手术机器人导航、脑磁研究等；在地球物理领域，可用于洞穴测绘、油气和矿产勘探、考古勘探、地球磁场监测等；在军事工程领域，可用于未爆炸物探测等。磁探测方法是磁探测系统的核心，磁探测系统的很多部分都是围绕探测方法进行设计和开发。磁探测方法可以分为解析反演法和数值反演法。在数值反演法中，被广泛使用的有Levenberg-Marquardt(L-M)算法、粒子群优化(PSO)算法和遗传算法(GA)。数值反演法都需要几秒以上的时间才能完成一次探测，而且往往需要进行多点测量，适用的场合很有限。解析反演法通过单点测量即可反演出磁目标位置和磁矩，求解速度快，能对磁目标进行实时跟踪，被广泛使用。因此，本文所说的探测方法主要指解析反演法。在解析反演法中，被重点关注的是NARA法和STAR法。在实际探测中，磁目标的姿态和相对张量梯度仪的方向(磁场的方向)是任意的，并且它们的改变会影响探测误差。磁目标姿态和方向的所有组合，称为全区域。在全区域中，探测误差最大的前bz％形成的区域称为盲区，bz称为盲区率。因为盲区是全区域中探测误差最大的区域，所以在跟踪磁目标时，分析盲区的分布规律可以规避盲区，提高跟踪的精度。同时，分析盲区的分布规律有利于盲区的改善和补偿，从而提高探测方法的探测精度或提出新的探测方法。在现有的探测方法盲区分析中，普遍存在如下问题：1、通过理论推导分析探测方法的盲区分布规律，只能分析探测公式简单的探测方法的盲区，适用的分析对象有限，并且分析的效率不高。国内外在进行探测方法的盲区分析时，都是通过理论推导来分析探测方法的盲区分布规律。这种分析方法虽然能保证分析结果的正确性，但这种分析方法不仅分析过程较为繁琐，效率不高，而且适用的分析对象具有局限性，只限于分析探测公式简单的探测方法的盲区。对于探测公式较为复杂的探测方法，很难找到理论推导的突破口，使得盲区分析难以进行。2、只能找到探测方法部分的盲区分布规律，无法得出全区域范围内完整的盲区分布规律。现有的探测方法盲区分析的做法是，通过观察探测公式，分析产生盲区的原因，然后利用理论推导或者仿真进行证实。但是，这样的做法只能得出磁探测方法部分的盲区分布规律，而不是全区域范围内完整的盲区分布规律，这样的分析是不完整的。3、大部分磁探测方法未考虑其自身的盲区问题。对于简单的磁探测方法，影响探测误差和盲区分布规律的原因一般比较简单，已经有了相关的结论。因此，简单的磁探测方法的盲区会被考虑和研究。但对于较为复杂的磁探测方法，影响盲区分布规律的原因是很复杂的，没有系统的结论，几乎没有人考虑这些磁探测方法的盲区。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种磁探测方法盲区的分析方法；不仅能分析各种磁探测方法，而且能直观地、高效地得到盲区的分布规律，在全区域中分析磁探测方法盲区的分布规律，从而得到磁探测方法盲区完整的分布规律。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种磁探测方法盲区的分析方法，步骤如下：第一：建立完整的磁探测模型。首先根据磁偶极子模型建立磁目标模型，得到只由磁目标产生的磁场接着根据噪声模型No(μ,σ2)产生噪声信号叠加在磁场上，得到在测量点处的叠加磁场然后考虑传感器的灵敏度建立传感器模型，通过数据处理得到传感器输出的磁场之后，根据不同的磁梯度仪结构建立张量模型，对传感器输出的磁场进行计算，得到张量最后根据不同的磁探测方法建立反演模型对张量进行计算，得到磁目标的位置和磁矩；第二：建立“方向-姿态球面”模型，磁目标的姿态用磁矩向量的单位向量表示，磁目标相对于磁梯度仪的方向用位置向量的单位向量表示，与的夹角为φ，覆盖整个球面后，形成“方向球面”，对于每一个都有一个由覆盖整个球面后形成的“姿态球面”，“方向球面”的坐标系和磁梯度仪的坐标系重合，“姿态球面”坐标系的z'轴和一直在同一直线上；第三：将球面网格剖分得到的格点，按纬度展开成平面，在球面网格平面展开图中，N称为剖分层数，i和j分别称为剖分行数和剖分列数；在球面剖分的均匀性不影响分析的情况下，选取最小的剖分层数；第四：结合磁探测模型、“方向-姿态球面”模型和球面网格剖分方法，计算出不同的剖分层数N对应的探测成功率，在探测成功率趋于平稳的情况下，选择最小的剖分层数N；第五：根据磁探测模型、“方向-姿态球面”模型，和选定的网格剖分层数N，绘制磁探测方法的盲区分布图，通过对图像的分析得到磁探测方法的盲区分布规律。本专利技术的有益效果是：(1)通过图像分别单独分析了磁目标的方向夹角φ对盲区分布的影响。本文所提出的盲区分析方法，不再像传统盲区分析方法一样需要繁琐的理论推导，而是直观地展示探测方法的盲区分布，大大地提高了探测方法盲区分布规律的分析效率以及可实现性。(2)本文所提出的盲区分析方法对探测方法没有限制，具有普适性，适用于分析各种磁探测方法的盲区分布规律。(3)建立了“方向-姿态双球面”的分析模型，并用均匀的球面网格完善分析模型，使得提出的盲区分析方法能够分析全区域的盲区分布规律，从而得到完整的盲区分布规律。与其他现有的磁梯度仪参数设计指导方法相比，目前公开资料未见类似方法。附图说明图1为本专利技术磁探测模型的组成示意图。图2为“十字形”结构的磁梯度仪示意图。图3为“方向-姿态球面”分析模型示意图。图4为球面网格格点按纬度展开的平面展开图。图5-1为N＝5时的球面网格剖分图。图5-2为N＝10时的球面网格剖分图。图6为“姿态球面”的平面展开图。图7为“方向球面”平面展开图。图8为“方向-姿态球面”平面展开图。图9为NARA法的探测成功率随“方向球面”剖分层数ND变化情况示意图。图10为NARA法的盲区分布示意图。图11为NARA法盲区验证实验的探测误差示意图。图12为NARA法盲区验证实验的探测误差数据图表。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。本实施例所涉及的一种磁探测方法盲区的分析方法，首先建立完整的磁探测模型，磁探测模型可以分为磁场发生模型和磁场计算模型，如图1所示，磁场发生模型中包括磁目标模型、噪声模型和传感器模型，磁场计算模型中包括张量模型和反演模型。首先由磁目标在空间任意一点的磁场表达式建立磁目标模型，如磁偶极子模型，得到只由磁目标产生的磁场接着建立合适的噪声模型，如高斯白噪声模型，在磁场上叠加由噪声模型产生的噪声信号，得到在测量点处的叠加磁场然后考虑传感器的灵敏度、零偏等因素，建立传感器模型对磁场进行一定的数据处理，得到传感器输出的磁场之后，根据磁梯度仪的结构建立张量模型，对传感器输出的磁场进行计算，得到张量最后利用磁探测方法的探测公式建立反演模型，对张量进行计算，得到磁目标的位置和磁矩。接下来，对磁场发生模型的建立进行详细地说明；(1)磁目标模型当探测距离大于磁目标尺寸的2.5倍时，磁目标可被视作磁偶极子。在磁探测中，探测距离一般都远大于磁目标自身的尺寸，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁探测方法盲区的分析方法，步骤如下：第一：建立完整的磁探测模型。首先根据磁偶极子模型建立磁目标模型，得到只由磁目标产生的磁场

【技术特征摘要】
1.一种磁探测方法盲区的分析方法，步骤如下：第一：建立完整的磁探测模型。首先根据磁偶极子模型建立磁目标模型，得到只由磁目标产生的磁场接着根据噪声模型No(μ,σ2)产生噪声信号叠加在磁场上，得到在测量点处的叠加磁场然后考虑传感器的灵敏度建立传感器模型，通过数据处理得到传感器输出的磁场之后，根据不同的磁梯度仪结构建立张量模型，对传感器输出的磁场进行计算，得到张量最后根据不同的磁探测方法建立反演模型对张量进行计算，得到磁目标的位置和磁矩；第二：建立“方向-姿态球面”模型，磁目标的姿态用磁矩向量的单位向量表示，磁目标相对于磁梯度仪的方向用位置向量的单位向量表示，与的夹角为φ，覆盖整个球面后，形成“方向球面”，对于每一...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘东华，林生鑫，李立毅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23