磁探測定位在搜尋水下鐵磁性物體中的應(yīng)用

【摘要】對于探測并定位水下鐵磁性物體，高精度磁探測定位是目前最行之有效的方法。實際經(jīng)驗表明，當(dāng)磁探測定位裝置與磁性目標(biāo)的距離大于3倍磁性目標(biāo)幾何尺寸時，可以把磁性目標(biāo)簡化成磁偶極子模型，通過空間上一批點的磁場測量數(shù)據(jù)，求出磁偶極子的磁矩以及分布位置，從而知道目標(biāo)物體的具體位置。本文通過對原單點磁張量定位中利用磁場矢量及磁張量數(shù)據(jù)進行磁偶極子定位的方法進行改進，利用差分方法消除了磁場矢量項，有效地消除了地磁場及其它共模干擾，提出基于差分磁張量定位方法，進而設(shè)計出基于該定位方法的磁張量測量系統(tǒng)，具有較高的定位精度。

【關(guān)鍵詞】磁探測；定位；磁偶極子；磁張量

1.引言

基于磁異常信號的目標(biāo)磁探測定位技術(shù)是近年來隨著磁檢測技術(shù)的不斷發(fā)展和磁探測傳感器的測量精度的不斷提高而新興起的一種目標(biāo)磁探測定位技術(shù)，它以鐵磁性物體擾動地磁場分布，從而產(chǎn)生地磁場分布異常的物理現(xiàn)象為基礎(chǔ)，通過測量磁異常信號的分布，提取磁異常信號的特征量，并通過一定的數(shù)據(jù)處理最終得到目標(biāo)相關(guān)信息。對于探測并定位水下（特別是掩埋淤泥中）的鐵磁性物體，在所有的地球物理探測定位方法中，高精度磁定位法的應(yīng)用歷史最悠久、速度最快、成本最低，是目前最行之有效的方法。

2.磁探測定位簡介

磁探測定位方法依據(jù)所采用磁強計的類型及其運動狀態(tài)可分為四大類：即基于靜止矢量磁強計的定位問題、基于靜止標(biāo)量磁強計的定位問題、基于運動矢量磁強計的定位問題、基于運動標(biāo)量磁強計的定位問題。但是其中的基于運動矢量磁強計的定位問題和基于靜止標(biāo)量磁強計的定位問題沒有實際應(yīng)用前景。這是因為現(xiàn)實中矢量磁強計的運動不可避免地要使它自身產(chǎn)生晃動，因自身晃動引入的虛假磁信號往往使定位不準(zhǔn)，甚至失??；標(biāo)量磁強計（如核磁旋進式或光泵式磁強計）測量的是總場，因磁場數(shù)據(jù)中不含方向信息，不適于近場定位，主要用于遠場，目的是為了搜索目標(biāo)（像軍用上的航空探潛、民用上的打撈沉船等），所以它要是靜止不動，將失去了其實際意義。因此實際中人們將只研究基于靜止矢量磁強計的定位問題和基于運動標(biāo)量磁強計的定位問題。

對于探測定位水下鐵磁性物體，這里有兩種方案：基于標(biāo)量磁力儀（質(zhì)子或光泵）的磁定位和基于矢量磁力儀（磁通門）的磁定位。矢量磁強計主要用于近場定位，定位精度在cm級，標(biāo)量磁強計主要用于遠場定位，定位精度在m級。成本方面，光泵價位約30萬/臺，高精度磁通門磁力儀約3萬/臺。根據(jù)本系統(tǒng)的要求，采用基于差分矢量磁力儀（磁通門）測量磁場梯度張量的單點定位算法。

3.磁探測定位數(shù)學(xué)模型

5.結(jié)論

本文通過對原單點磁張量定位中利用磁場矢量及磁張量數(shù)據(jù)進行磁偶極子定位的方法進行改進，提出基于差分消除地磁場干擾的磁偶極子單點磁張量定位方法，進而設(shè)計出基于該定位方法的磁張量測量系統(tǒng)。通過仿真可知，在地磁場存在的情況下原方法基本無法實現(xiàn)磁偶極子的定位，而本文的定位方法由于采用差分方式，有效地消除了地磁場及其他共模干擾，具有較高的定位精度。本文方法也存在一些不足，需要進一步的完善，由其定位原理可知，系統(tǒng)的定位精度受非共模干擾，如磁矢量傳感器之間的不一致性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的安裝誤差等影響大，因此需要對它們進行校正，國內(nèi)外在這方面已經(jīng)有一些很好的嘗試，這些工作正是以后的研究重點。

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