CN109633541B - 一种磁源定位装置及磁源定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明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***，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***，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。

Description

一种磁源定位装置及磁源定位方法
技术领域
本发明属于磁法探测领域，特别是涉及一种磁源定位装置及磁源定位方法。
背景技术
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***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。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明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，本发明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***，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***，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***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。
本发明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***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***之间的偏移量；基于所述偏移量对所述位置***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＝Gxx 2+Gyy 2+Gzz 2+2*Gxy 2+2*Gxz 2+2*Gyz 2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，本发明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***、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，本发明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；同时本发明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；而且本发明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显示为本发明实施例一所述磁源定位装置的结构示意图。
图2显示为本发明实施例二所述磁源定位装置的结构示意图。
图3显示为本发明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***
104 测控组件
105 运动载体
200 待定位磁源
300 磁源定位装置
301 低温容器
302 全张量磁梯度测量组件
303 位置***
304 测控组件
305 运动载体
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种磁源定位装置100，所述磁源定位装置100包括：
安装支架101，用于提供安装平台；
全张量磁梯度测量组件102，设于所述安装支架101上，用于测量待定位磁源200在所述全张量磁梯度测量组件102处产生的磁场梯度值；
位置***103，刚性连接于所述全张量磁梯度测量组件102，用于测量所述全张量磁梯度测量组件102在地理坐标系下的位置信息；
测控组件104，电连接于所述全张量磁梯度测量组件102及所述位置***103，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200进行定位；
运动载体105，设于所述安装支架101下方，用于载运所述安装支架101进行位置移动，以实现所述全张量磁梯度测量组件102的位置移动。
作为示例，所述安装支架101为任一种可实现安装固定作用的结构，本实施例并不对所述安装支架的具体结构进行限制。具体的，如图1所示，所述安装支架101包括三个层级，其中，所述全张量磁梯度测量组件102安装于所述安装支架101的第一层级(即安装支架101的底部)，所述位置***103安装于所述安装支架101的第三层级(即安装支架101的上部)，所述测控组件104安装于所述安装支架101的第二层级(即安装支架101的中部)；当然，在其它实施例中，所述全张量磁梯度测量组件102、所述位置***103及所述测控组件104所在层级可以互换，本实施例并不对所述全张量磁梯度测量组件102、所述位置***103及所述测控组件104的上下位置关系进行限制，而且所述位置***103及所述测控组件104也可不安装于所述安装支架101上，即所述位置***103及所述测控组件104安装于所述安装支架101外。
作为示例，所述全张量磁梯度测量组件102包括：至少一个磁强计，即通过对至少一个磁强计按一定的物理构型进行搭建以形成所述全张量磁梯度测量组件102。需要注意的是，所述全张量磁梯度测量组件102的最终结构由所述磁强计的数量及搭建的物理构型决定，也就是说，不同数量的磁强计按不同的物理构型搭建形成的所述全张量磁梯度测量组件102的最终结构不同，但本实施例所述定位装置适用于任何所述全张量磁梯度测量组件102的最终结构。特别需要注意的是，由于本实施例所述全张量磁梯度测量组件102为非超导器件，故其工作于常温环境中。
作为示例，所述位置***103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。具体的，在所述全张量磁梯度测量组件102与所述位置***103之间不存在空间距离时，采用差分GPS接收机测量所述全张量磁梯度测量组件102的位置信息，即差分GPS接收机的位置信息即为所述全张量磁梯度测量组件的位置信息；在所述全张量磁梯度测量组件102与所述位置***103之间存在空间距离时，采用组合惯导或增设有倾角仪的差分GPS接收机测量所述全张量磁梯度测量组件102的位置信息，即利用所述组合惯导的坐标点偏移设置功能直接测得所述全张量磁梯度测量组件102与所述位置***103之间的偏移量，并基于该偏移量对测得的位置信息(即所述组合惯导的位置信息)进行修正，从而得到所述全张量磁梯度测量组件102的位置信息，或通过倾角仪测得所述全张量磁梯度测量组件102与所述位置***103之间的倾角，同时结合所述全张量磁梯度测量组件102与所述位置***103之间的空间距离计算两者之间的偏移量，之后再采用差分GPS接收机测量其自身的位置信息，最后基于测得的偏移量对测得的位置信息进行修正，从而得到所述全张量磁梯度测量组件102的位置信息。需要注意的是，通过差分GPS接收机测量位置信息，通过组合惯导测量位置信息、测量偏移量、及基于偏移量对位置信息进行修正，通过增设有倾角仪的差分GPS接收机测量位置信息、测量偏移量、及基于偏移量对位置信息进行进行修正均是本领域技术人员所公知的，故在此不再赘述。
作为示例，所述测控组件104为现有任一种可实现磁场梯度值和位置信息采集、处理的装置，本实施例并不对所述测控组件104的结构进行限制。
作为示例，所述运动载体105为现有任一种可实现位置移动的结构，本实施例并不对所述运动载体105的具体结构进行限制，同时本实施例也不对所述运动载体105实现位置移动的方式进行限制。
实施例二
如图2所示，本实施例提供一种磁源定位装置300，所述磁源定位装置300包括：
低温容器301，用于提供安装平台，同时提供低温环境；
全张量磁梯度测量组件302，设于所述低温容器301内，用于测量待定位磁源200在所述全张量磁梯度测量组件302处产生的磁场梯度值；
位置***303，刚性连接于所述全张量磁梯度测量组件302，用于测量所述全张量磁梯度测量组件302在地理坐标系下的位置信息；
测控组件304，电连接于所述全张量磁梯度测量组件302及所述位置***303，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200进行定位；
运动载体305，设于所述安装支架301下方，用于载运所述安装支架301进行位置移动，以实现所述全张量磁梯度测量组件302的位置移动。
作为示例，所述低温容器301包括低温杜瓦，而低温杜瓦是本领域技术人员所公知的，故在此不再赘述。
作为示例，所述全张量磁梯度测量组件302包括：至少一个平面梯度计，即通过对至少一个平面梯度计按一定的物理构型进行搭建以形成所述全张量磁梯度测量组件302。需要注意的是，所述全张量磁梯度测量组件302的最终结构由所述平面梯度计的数量及搭建的物理构型决定，也就是说，不同数量的平面梯度计按不同的物理构型搭建形成的所述全张量磁梯度测量组件302的最终结构不同，但本实施例所述定位装置适用于任何所述全张量磁梯度测量组件302的最终结构。特别需要注意的是，由于本实施例所述全张量磁梯度测量组件302为超导器件，故其工作于低温环境中。
作为示例，所述位置***303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。具体的，在所述全张量磁梯度测量组件302与所述位置***303之间不存在空间距离时，采用差分GPS接收机测量所述全张量磁梯度测量组件302的位置信息，即差分GPS接收机的位置信息即为所述全张量磁梯度测量组件的位置信息；在所述全张量磁梯度测量组件302与所述位置***303之间存在空间距离时，采用组合惯导或增设有倾角仪的差分GPS接收机测量所述全张量磁梯度测量组件302的位置信息，即利用所述组合惯导的坐标点偏移设置功能直接测得所述全张量磁梯度测量组件302与所述位置***303之间的偏移量，并基于该偏移量对测得的位置信息(即所述组合惯导的位置信息)进行修正，从而得到所述全张量磁梯度测量组件302的位置信息，或通过倾角仪测得所述全张量磁梯度测量组件302与所述位置***303之间的倾角，同时结合所述全张量磁梯度测量组件302与所述位置***303之间的空间距离计算两者之间的偏移量，之后再采用差分GPS接收机测量其自身的位置信息，最后基于测得的偏移量对测得的位置信息进行修正，从而得到所述全张量磁梯度测量组件302的位置信息。需要注意的是，通过差分GPS接收机测量位置信息，通过组合惯导测量位置信息、测量偏移量、及基于偏移量对位置信息进行修正，通过增设有倾角仪的差分GPS接收机测量位置信息、测量偏移量、及基于偏移量对位置信息进行修正均是本领域技术人员所公知的，故在此不再赘述。
作为示例，所述测控组件304为现有任一种可实现磁场梯度值和位置信息采集、处理的装置，本实施例并不对所述测控组件304的结构进行限制。
作为示例，所述运动载体305为现有任一种可实现位置移动的结构，本实施例并不对所述运动载体305的具体结构进行限制，同时本实施例也不对所述运动载体305实现位置移动的方式进行限制。
实施例三
如图3所示，本实施例提供了一种磁源定位方法，所述磁源定位方法包括：
搭建如实施例一或实施例二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。
需要注意的是，本实施例所述磁源定位装置的组成、搭建具体请参阅实施例一或实施例二，本实施例不再对所述磁源定位装置的组成及搭建进行说明。
作为示例，在所述全张量磁梯度测量组件与所述位置***之间不存在空间距离时，可通过所述位置***(如差分GPS接收机)直接获取所述全张量磁梯度测量组件的位置信息测量值，即所述位置***的位置信息即为所述全张量磁梯度测量组件的位置信息。在所述全张量磁梯度测量组件与所述位置***之间存在空间距离时，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***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***之间的偏移量；基于所述偏移量对所述位置***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。具体的，利用所述组合惯导的坐标点偏移设置功能直接测量所述全张量磁梯度测量组件与所述位置***之间的偏移量，之后再通过所述组合惯导测量其自身的位置信息，最后基于所述偏移量对所述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测量值；或者通过倾角仪测得所述全张量磁梯度测量组件与所述位置***之间的倾角，再结合所述全张量磁梯度测量组件与所述位置***之间的空间距离计算两者之间的偏移量，之后再采用差分GPS接收机测量其自身的位置信息，最后基于所述偏移量对所述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测量值。需要注意的是，通过差分GPS接收机或组合惯导测量位置信息、利用组合惯导的坐标点偏移设置功能测量偏移量、利用倾角仪测量倾角、根据倾角和空间距离计算偏移量、及根据偏移量对位置信息进行修正均是本领域技术人员所公知的，故在此不再赘述。
作为示例，通过所述全张量磁梯度测量组件测量所述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是本领域技术人员所公知的，故在此不再赘述。
作为一示例，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＝Gxx 2+Gyy 2+Gzz 2+2*Gxy 2+2*Gxz 2+2*Gyz 2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。
作为另一示例，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。
作为一示例，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位置坐标的方法包括：根据全张量磁梯度理论公式及不同测点的所述磁场梯度测量值获取不同测点对应的全张量磁梯度分量值及全张量磁梯度矩阵的特征值(即将不同测点的磁场梯度测量值代入全张量磁梯度理论公式，即可得到不同测点对应的全张量磁梯度分量值，从而得到全张量磁梯度矩阵的特征值)；之后根据全张量不变量CT2＝Gxx 2+Gyy 2+Gzz 2+2*Gxy 2+2*Gxz 2+2*Gyz 2及不同测点的全张量磁梯度分量值获取不同测点对应的费罗贝尼乌斯范数(即将不同测点的全张量磁梯度分量值代入全张量不变量，即可得到不同测点对应的CT值)；之后再根据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不同测点对应的费罗贝尼乌斯范数、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和不同测点的全张量磁梯度矩阵的特征值的关系，获取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关系(即将不同测点对应的CT值及基于/>得到的不同测点的θ代入距离比值模型/>从而得到两测点的距离比值)；最后通过空间解析几何中两测点之间的距离公式或最小二乘法等算法获取所述待定位磁源的位置坐标。需要注意的是，通过全张量磁梯度理论公式及磁场梯度值获取全张量磁梯度分量值，从而获取全张量磁梯度矩阵的特征值是本领域技术人员所公知的，故在此不再赘述。
具体的，通过空间解析几何中两测点之间的距离公式获取所述待定位磁源的位置坐标；其中，x、y、z为待定位磁源的位置坐标，ai、bi、ci为全张量磁梯度测量组件在第一测点的位置坐标，aj、bj、cj为全张量磁梯度测量组件在第二测点的位置坐标；即将四个测点的相应数据及距离比值代入上述公式以获取三组方程，通过求解方程即可得到待定位磁源的位置坐标。当然，也可将多个测点的相应数据及距离比值代入上述公式以获取多组方程，通过最小二乘等数值求解方法获得待定位磁源位置坐标的最优解。
作为另一示例，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位置坐标的方法包括：根据全张量磁梯度理论公式及不同测点的所述磁场梯度测量值获取不同测点对应的全张量磁梯度分量值，从而获取全张量磁梯度矩阵的特征值(即将不同测点的磁场梯度测量值代入全张量磁梯度理论公式，即可得到不同测点对应的全张量磁梯度分量值，从而得到全张量磁梯度矩阵的特征值)；之后根据全张量不变量及不同测点对应的全张量磁梯度矩阵的特征值获取不同测点对应的MT(即将不同测点全张量磁梯度矩阵的特征值代入全张量不变量，即可得到不同测点对应的MT值)；之后再根据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/>不同测点对应的MT，获取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关系(即将不同测点对应的MT值代入距离比值模型/>从而得到两测点的距离比值)；最后通过空间解析几何中两测点之间的距离公式或最小二乘法等算法获取所述待定位磁源的位置坐标。需要注意的是，通过全张量磁梯度理论公式及磁场梯度值获取全张量磁梯度分量值，从而获取全张量磁梯度矩阵的特征值是本领域技术人员所公知的，故在此不再赘述。
具体的，通过空间解析几何中两测点之间的距离公式获取所述待定位磁源的位置坐标；其中，x、y、z为待定位磁源的位置坐标，ai、bi、ci为全张量磁梯度测量组件在第一测点的位置坐标，aj、bj、cj为全张量磁梯度测量组件在第二测点的位置坐标；即将四个测点的相应数据及距离比值代入上述公式以获取三组方程，通过求解方程即可得到待定位磁源的位置坐标。当然，也可将多个测点的相应数据及距离比值代入上述公式以获取多组方程，通过最小二乘等数值求解方法获得待定位磁源位置坐标的最优解。
作为示例，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。
综上所述，本发明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***、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，本发明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；同时本发明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；而且本发明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。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种磁源定位方法，其特征在于，所述磁源定位方法包括：
搭建磁源定位装置，其中，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***，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***，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；
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及所述磁场梯度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。
2.根据权利要求1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的方法包括：获取所述位置***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***之间的偏移量；基于所述偏移量对所述位置***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。
3.根据权利要求1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＝Gxx 2+Gyy 2+Gzz 2+2*Gxy 2+2*Gxz 2+2*Gyz 2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。
4.根据权利要求1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。
5.根据权利要求1至4任一项所述的磁源定位方法，其特征在于，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。
6.根据权利要求1所述的磁源定位方法，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。
7.根据权利要求1所述的磁源定位方法，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。
8.根据权利要求7所述的磁源定位方法，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。
9.根据权利要求7所述的磁源定位方法，其特征在于，所述低温容器包括低温杜瓦。
10.根据权利要求1、6至9任一项所述的磁源定位方法，其特征在于，所述位置***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。
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