一种基于标量磁梯度的三维定位方法、装置及相关设备制造方法及图纸

本申请公开了一种基于标量磁梯度的三维定位方法、装置及相关设备，该方法包括：获取二维标量磁梯度数据，所述二维标量磁梯度数据为由垂直部署于探测区域的两个磁总场传感器采集的，所述二维标量磁梯度数据的记录点位均匀分布于所述探测区域中；基于所述二维标量磁梯度数据，获取二维标量磁梯度在由各组单位正交基所张成的二维空间中的能量水平分布数据，所述单位正交基为通过对目标体的磁偶极子在任意高度产生的二维标量磁梯度数据进行分解而得到的；基于所述能量水平分布数据，确定目标体的水平定位结果及垂直定位结果。本申请在对目标体的三维定位过程中不涉及目标体的矢量磁矩信息，不受磁矩影响，可以提高垂直方向上的定位精度。的定位精度。的定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于标量磁梯度的三维定位方法、装置及相关设备


[0001]本申请涉及磁法勘探
，更具体地说，是涉及一种基于标量磁梯度的三维定位方法、装置及相关设备。

技术介绍

[0002]磁异常探测(Magnetic Anomaly Detection，MAD)是定位和绘制铁磁性金属物体分布最为合适的地球物理技术之一，在物产资源勘探、未爆弹探测、水下潜航器探测、考古等涉及国民经济安全和文化建设的领域，有着广泛的应用。由于标量磁传感器具有噪声水平低、对于旋转和震动等机械噪声不敏感等优势，标量磁异常探测是目前主流的磁异常探测方式，基于标量磁异常二维平面数据对铁磁性目标体进行定位也是磁异常探测的一个重要研究方向。由于单一传感器得到的异常幅值大小同时受到目标体磁矩参数的影响，并且单独布设地磁日变站进行日变改正，目前对于二维磁异常的定位方法研究主要围绕双传感器或多传感器阵列获取的磁异常梯度数据。对于二维磁异常探测，即使在只有一个传感器的情况下，也可以通过同一水平面数据的数值差分获取水平磁梯度信息，因此多个传感器获取的磁梯度主要指垂直方向。
[0003]在二维垂直梯度数据定位磁性目标的研究中，直接法和迭代法是两类最主要的方法。直接法主要包括欧拉反褶积及其衍生方法，该类方法可在不受磁矩参数影响下对目标进行定位，然而随着滑窗的移动，会得到大量的异常点位。迭代法需要假设目标体磁矩大小、倾角、偏角、位置等初始参数，然后应用非线性最优化理论迭代求解参数以拟合观测数据，迭代的过程中各个待求解参数相互影响，导致对位置参数估计的误差较大，尤其是垂直方向的定位；此外，迭代法受初始参数的影响较大，经常导致不收敛或朝着错误的方向收敛。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请提供了一种基于标量磁梯度的三维定位方法、装置及相关设备，以实现磁性目标体的有效定位，并提高垂直方向的定位精度。
[0005]为实现上述目的，本申请第一方面提供了一种基于标量磁梯度的三维定位方法，包括：
[0006]获取二维标量磁梯度数据，所述二维标量磁梯度数据为由垂直部署于探测区域的两个磁总场传感器采集的，所述二维标量磁梯度数据的记录点位均匀分布于所述探测区域中；
[0007]基于所述二维标量磁梯度数据，获取二维标量磁梯度在由各组单位正交基所张成的二维空间中的能量水平分布数据，所述单位正交基为通过对目标体的磁偶极子在任意高度产生的二维标量磁梯度数据进行分解而得到的；
[0008]基于所述能量水平分布数据，确定目标体的水平定位结果及垂直定位结果。
[0009]优选地，获取二维标量磁梯度数据的过程，包括：
[0010]利用磁力仪沿着预设的扫描路径，记录所述两个磁总场传感器的标量磁异常数据和记录点位，得到多条数据项，每一数据项包括第一标量磁异常数据、第二标量磁异常数据和记录点位；
[0011]针对每一数据项，计算得到第一标量磁异常数据和第二标量磁异常数据的差值，并利用所述差值除以所述两个磁总场传感器的距离，得到每一数据项的标量磁梯度数据；
[0012]基于各数据项的标量磁梯度数据和记录点位，利用预设的插值法获取网格的各网格点上的标量磁梯度数据，所述网格均匀分布于所述探测区域中；
[0013]由各网格点上的标量磁梯度数据以及各网格点的坐标构成所述二维标量磁梯度数据。
[0014]优选地，基于所述二维标量磁梯度数据，获取二维标量磁梯度在由各组单位正交基所张成的二维空间中的能量水平分布数据的过程，包括：
[0015]基于所述二维标量磁梯度数据，获取二维标量磁梯度在每一组单位正交基上的模量水平分布数据；
[0016]基于所述模量水平分布数据，获取二维标量磁梯度在由各组单位正交基所张成的二维空间中的能量水平分布数据。
[0017]优选地，所述单位正交基包括：
[0018][0019]其中，(x，y)为所述记录点位的水平坐标，z1、z2分别所述两个磁总场传感器的垂直坐标，C1(z1，z2)、C2(z1，z2)分别为由z1和z2组成常系数表达式。
[0020]优选地，基于所述二维标量磁梯度数据，获取二维标量磁梯度在每一组单位正交基上的模量水平分布数据的过程，包括：
[0021]利用预设大小的窗口截取每一组单位正交基，得到多个正交基窗函数；
[0022]利用下述方程式计算得到二维标量磁梯度在每一组单位正交基上的模量水平分布数据α
n
(x0，y0)：
[0023][0024]其中，I、J分别为所述窗口在x向和y向的大小，(x0，y0)为所述窗口的中心点的水平坐标，dΔT(x
i
，y
j
)为在(x
i
，y
j
)处的网格点的二维标量磁梯度数据。
[0025]优选地，基于所述模量水平分布数据，获取二维标量磁梯度在由各组单位正交基所张成的二维空间中的能量水平分布数据的过程，包括：
[0026]利用下述方程式计算得到二维标量磁梯度在由各组单位正交基所张成的二维空间中的能量的原始水平分布数据E(x，y)：
[0027][0028]其中，α
n
(x，y)为第n组单位正交基上的模量水平分布数据；
[0029]对所述能量的原始水平分布数据进行归一化处理，得到二维标量磁梯度在由各组单位正交基所张成的二维空间中的能量水平分布数据。
[0030]优选地，基于所述能量水平分布数据，确定目标体的水平定位结果及垂直定位结果的过程，包括：
[0031]基于所述能量水平分布数据，确定所述探测区域中的存在铁磁性目标体的目标子区域，所述目标子区域的能量水平分布数据的值大于预设阈值；
[0032]将每一目标子区域中能量水平分布数据的值最大的点的水平坐标确定为目标体的水平坐标；
[0033]将目标体的水平坐标(x
T
，y
T
)处的模量α
n
(x
T
，y
T
)代入下述方程式，得到目标体的垂直坐标：
[0034][0035]其中，dz为所述两个磁总场传感器的距离，z1、z2分别所述两个磁总场传感器的垂直坐标，z为目标体到z1所在平面的垂直距离。
[0036]本申请第二方面提供了一种基于标量磁梯度的三维定位装置，包括：
[0037]数据获取单元，用于获取二维标量磁梯度数据，所述二维标量磁梯度数据为由垂直部署于探测区域的两个磁总场传感器采集的，所述二维标量磁梯度数据的记录点位均匀分布于所述探测区域中；
[0038]能量获取单元，用于基于所述二维标量磁梯度数据，获取二维标量磁梯度在由各组单位正交基所张成的二维空间中的能量水平分布数据，所述单位正交基为通过对目标体的磁偶极子在任意高度产生的二维标量磁梯度数据进行分解而得到的；
[0039]定位计算单元，用于基于所述能量水平分布数据，确定目标体的水平定位结果及垂直定位结果。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于标量磁梯度的三维定位方法，其特征在于，包括：获取二维标量磁梯度数据，所述二维标量磁梯度数据为由垂直部署于探测区域的两个磁总场传感器采集的，所述二维标量磁梯度数据的记录点位均匀分布于所述探测区域中；基于所述二维标量磁梯度数据，获取二维标量磁梯度在由各组单位正交基所张成的二维空间中的能量水平分布数据，所述单位正交基为通过对目标体的磁偶极子在任意高度产生的二维标量磁梯度数据进行分解而得到的；基于所述能量水平分布数据，确定目标体的水平定位结果及垂直定位结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取二维标量磁梯度数据的过程，包括：利用磁力仪沿着预设的扫描路径，记录所述两个磁总场传感器的标量磁异常数据和记录点位，得到多条数据项，每一数据项包括第一标量磁异常数据、第二标量磁异常数据和记录点位；针对每一数据项，计算得到第一标量磁异常数据和第二标量磁异常数据的差值，并利用所述差值除以所述两个磁总场传感器的距离，得到每一数据项的标量磁梯度数据；基于各数据项的标量磁梯度数据和记录点位，利用预设的插值法获取网格的各网格点上的标量磁梯度数据，所述网格均匀分布于所述探测区域中；由各网格点上的标量磁梯度数据以及各网格点的坐标构成所述二维标量磁梯度数据。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述二维标量磁梯度数据，获取二维标量磁梯度在由各组单位正交基所张成的二维空间中的能量水平分布数据的过程，包括：基于所述二维标量磁梯度数据，获取二维标量磁梯度在每一组单位正交基上的模量水平分布数据；基于所述模量水平分布数据，获取二维标量磁梯度在由各组单位正交基所张成的二维空间中的能量水平分布数据。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述单位正交基包括：
其中，(x,y)为所述记录点位的水平坐标，z1、z2分别所述两个磁总场传感器的垂直坐标，C1(z1,z2)、C2(z1,z2)分别为由z1和z2组成常系数表达式。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述二维标量磁梯度数据，获取二维标量磁梯度在每一组单位正交基上的模量水平分布数据的过程，包括：利用预设大小的窗口截取每一组单位正交基，得到多个正交基窗函数；利用下述方程式计算得到二维标量磁梯度在每一组单位正交基上的模量水平分布数据α
n
(x0,y0)：其中，I、J分别为所述窗口在x向和y向的大小，(x0,y0)为所述窗口的中心点的水平坐标，dΔT(x
i
,y
j
)为在(x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，刘乃征，李永东，方广有，
申请(专利权)人：广东大湾区空天信息研究院，
类型：发明
国别省市：