一种基于三轴矢量磁传感器阵的磁性目标磁矩测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三轴矢量磁传感器阵的磁性目标磁矩的测量方法，该方法利用由五个三轴矢量磁传感器组成磁梯度张量测量阵列来测量磁性目标的磁矩，能够进行单点实时测量，测量精度高。具体方案为：首先利用磁梯度张量测量阵列测量磁性目标周围在探测点处的磁梯度张量；然后利用磁梯度张量对磁性目标与探测点的相对距离及相对坐标进行解算；最后根据所解算出的相对距离及相对位置坐标，结合磁矩求解公式计算出磁性目标在当前坐标系下的三轴磁矩。该测量方法只需要测量阵列在某一个探测点的测量数据即可计算出磁性目标的磁矩，可以达到较高的测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高精度的磁性目标磁矩测量方法，具体涉及，属于磁测量领域。
技术介绍
磁性目标的磁矩是一个重要物理量，广泛应用于各种理论推导和实际工程中，例如通过推导磁性体的磁矩可以进行磁性目标体的反演、通过磁矩可以对舰船磁场进行外推从而进行舰船消磁或者舰船磁隐身，而在磁探测定位应用领域磁矩这一物理量更是显得尤为重要。目前还没有一种能够实时测量磁性目标磁矩的方法。现有的磁性目标磁矩测量方法都是一种事后处理分析方法，并且精度不高，其中最常用的就是根据所建立的复杂的磁性目标磁场模型推导出相应的磁矩求解方程组，然后再根据所测量的大量的磁场数据进行反演，这一过程，涉及到求解非线性方程组，常见的求解方法有神经网络法，逐次回归法，遗传算法搜索求解，POffELL法，遗传算法和单纯形法联合求解等。上述这种传统的目标磁矩确定方法的存在数据量大，计算复杂，求解结果不稳定，实时性差，测量误差大等缺点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种基于三轴矢量磁传感器阵的磁性目标磁矩的测量方法，该方法利用由五个三轴矢量磁传感器组成磁梯度张量测量阵列来测量磁性目标的磁矩，能够进行单点实时测量，测量精度高。采用该方法进行磁性目标磁矩的测量的步骤为步骤一布置磁梯度张量测量阵列磁梯度张量测量阵列由五个三轴矢量磁传感器组成，布置磁梯度张量测量阵列时，位于探测点处的三轴矢量磁传感器为基准传感器。其它三轴矢量磁传感器分布在基准传感器周围，为参考传感器。设基准传感器的三个敏感轴方向分别为X向、y向和Z向，布置磁梯度张量测量阵列时应保证所有三轴矢量磁传感器对应的三个敏感轴均相互平行。在X向的正向和负向各布置一个参考传感器，在I向的正向和负向各布置一个参考传感器，四个参考传感器与基准传感器之间的距离均相等。步骤二 利用步骤一所建立的磁梯度张量测量阵列测量磁性目标在探测点处的磁梯度张量G和磁感应强度B设基准传感器为I号传感器。位于X向正向上的参考传感器为2号传感器,位于X向负向上的参考传感器为4号传感器,位于y向正向上的参考传感器为3号传感器,位于y向负向上的参考传感器为5号传感器。四个参考传感器与基准传感器之间的距离均为d。五个三轴矢量磁传感器输出的数据分别为(Blx，Bly, Blz)，(B2x, B2y, B2z)、(B3x, B3y,B3J、 4x，B4y, B4z)、(B5x，B5y, B5z)。其中Bab表示第a个三轴矢量磁传感器测得的在b方向上的磁感应强度，a=l、2、3、4、5，b=x、y>Z0则磁性目标在探测点处的磁梯度张量G为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三轴矢量磁传感器阵的磁性目标磁矩的测量方法，其特征在于，步骤一：布置磁梯度张量测量阵列所述磁梯度张量测量阵列由五个三轴矢量磁传感器组成，其中位于探测点处的三轴矢量磁传感器为基准传感器；其它三轴矢量磁传感器分布在基准传感器周围，为参考传感器；设基准传感器的三个敏感轴方向分别为x向、y向和z向，布置磁梯度张量测量阵列时应保证所有三轴矢量磁传感器对应的三个敏感轴均相互平行；在x向的正向和负向各布置一个参考传感器，在y向的正向和负向各布置一个参考传感器，四个参考传感器与基准传感器之间的距离均相等；步骤二：利用步骤一所建立的磁梯度张量测量阵列测量磁性目标在探测点处的磁梯度张量G和磁感应强度B设基准传感器为1号传感器；位于x向正向上的参考传感器为2号传感器，位于x向负向上的参考传感器为4号传感器，位于y向正向上的参考传感器为3号传感器，位于y向负向上的参考传感器为5号传感器；四个参考传感器与基准传感器之间的距离均为d；五个三轴矢量磁传感器输出的数据分别为：(B1x，B1y，B1z)，(b2x，B2y，B2z)、(B3x，B3y，B3z)、(B4x，B4y，B4z)、(B5x，B5y，B5z)；其中Bab表示第a个三轴矢量磁传感器测得的在b方向上的磁感应强度，a=1、2、3、4、5,b=x、y、z；则磁性目标在探测点处的磁梯度张量G为：G=Bxx≈B2x-B4x2dBxy≈B2y-B4y2dBxz≈B2z-B4z2dByx≈B3x-B5x2dByy≈B3y-B5y2dByz≈B3z-B5z2dBzx≈B2z-B4z2dBzy≈B3z-B5z2dBzz≈B4x+B5y-B2x-B3y2d---(1)所述磁性目标在探测点处的磁感应强度B为：(B1x，B1y，B1z)？？（2）式（1）中Bij表示i方向上的磁感应强度在j方向上的导数，i=x、y、z,j=x、y、z；步骤三：利用磁梯度张量G和磁感应强度B计算磁梯度张量测量阵列与磁性目标的相对位置关系将待测量的磁性目标等效为磁偶极子，以磁偶极子为坐标原点，设探测点与磁偶极子间的距离为则有：r→=xyz=-3G-1B---(3)将步骤二得到的磁性目标在探测点处磁感应强度B和磁梯度张量G代入公式（3）,则探测点在以磁偶极子为原点的坐标系中的位置坐标（x，y，z）为：r→=xyz=-3Bxx≈B2x-B4x2dBxy≈B2y-B4y2dBxz≈B2z-B4z2dByx≈B3x-B5x2dByy≈B3y-B5y2dByz≈B3z-B5z2dBzx≈B2z-B4z2dBzy≈B3z-B5z2dBzz≈B4x+B5y-B2x-B3y2d-1B1xB1yB1z---(4)步骤四：依据步骤三计算的磁梯度张量测量阵列和磁性目标的相对位置计算磁性目标在当前坐标系下的三轴磁矩距离磁偶极子处的磁感应强度为B为：B=μ04π|r→|5[3(r→·m→)r→-|r→|2m→]---(5)式中：为在距离磁偶极子处的磁矩矢量，μ0为真空磁导率；令m→=mxi→+myj→+mzk→,则距离磁偶极子处的磁感应强度为B的三个分量分别为：B1xB1yB1z=μ04π(x2+y2+z2)5/22x2-y2-z23xy3xz3xy2y2-x2-z23yz3xz3yz2z2-y2-x2mxmymz---(6)则磁性目标在当前坐标系下三轴磁矩的计算公式为：m→=mxmymz=4πμ0(x2+y2+z2)5/22x2-y2-z23xy3xz3xy2y2-x2-z23yz3xz3yz2z2-y2-x2-1B1xB1yB1zFDA00002285462300012.jpg,FDA00002285462300023.jpg,FDA00002285462300024.jpg,FDA00002285462300026.jpg,FDA00002285462300027.jpg,FDA00002285462300029.jpg,FDA000022854623000210.jpg,FDA000022854623000212.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种基于三轴矢量磁传感器阵的磁性目标磁矩的测量方法，其特征在于， 步骤一布置磁梯度张量测量阵列 所述磁梯度张量测量阵列由五个三轴矢量磁传感器组成，其中位于探测点处的三轴矢量磁传感器为基准传感器；其它三轴矢量磁传感器分布在基准传感器周围，为参考传感器；设基准传感器的三个敏感轴方向分别为X向、y向和Z向，布置磁梯度张量测量阵列时应保证所有三轴矢量磁传感器对应的三个敏感轴均相互平行；在X向的正向和负向各布置一个参考传感器，在y向的正向和负向各布置一个参考传感器，四个参考传感器与基准传感器之间的距离均相等； 步骤二 利用步骤一所建立的磁梯度张量测量阵列测量磁性目标在探测点处的磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢俊杰，陈正想，李伟，王秀，石超，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一〇研究所，
类型：发明
国别省市：