CN109633490A - 一种全张量磁梯度测量组件标定系统及标定方法 - Google Patents

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CN109633490A CN201910061718.4A CN201910061718A CN109633490A CN 109633490 A CN109633490 A CN 109633490A CN 201910061718 A CN201910061718 A CN 201910061718A CN 109633490 A CN109633490 A CN 109633490A
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Abstract

本发明提供一种全张量磁梯度测量组件标定系统及标定方法，所述系统包括：激励源；电连接于激励源的标定源，用于在激励源的驱动下产生标定磁场；设于标定源下方的无磁转台，用于对标定源进行角度调整；设于标定源一侧的安装支架，用于提供安装平台；设于安装支架上的全张量磁梯度测量组件，用于测量标定源在全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值；电连接于全张量磁梯度测量组件的测控组件，用于采集磁场梯度值并存储；设于标定源一侧的姿态调整装置，用于固定安装支架并通过对安装支架进行定点转动以对全张量磁梯度测量组件进行姿态调整。通过本发明解决了现有技术无法提供一种简单、高效的标定系统及标定方法的问题。

Description

一种全张量磁梯度测量组件标定系统及标定方法
技术领域
本发明涉及全张量磁梯度测量组件的标定，特别是涉及一种全张量磁梯度测量组件标定系统及标定方法。
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。全张量磁梯度的测量及应用被视为磁法勘探工作的一次重大突破，其在资源勘探、军事、考古、环境等领域都有着重要的应用价值。
由超导量子干涉仪(SQUID：Superconducting QUantum Interference Device)组成的超导磁传感器是目前已知灵敏度最高的磁传感器，能够测量非常微弱的磁信号，而由SQUID作为核心器件组成的航空超导磁测量系统，尤其是航空超导全张量磁梯度测量系统，相对于传统的总场和分量场航磁测量，具有明显的优势和跨时代的意义，是目前航空磁物探技术的重要发展方向和国际研究前沿。
航空超导全张量磁梯度测量系统的定位精度主要取决于全张量磁梯度测量组件的结构安装误差及灵敏度误差系数，而全张量磁梯度测量组件的结构安装误差及灵敏度误差系数这两个参数很难像电压等物理量一样通过标准源标定来直接获取；因此，如何提供一种简单、高效的全张量磁梯度测量组件标定系统及标定方法是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。
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全张量磁梯度测量组件标定系统及标定方法，用以解决现有技术无法提供一种简单、高效的标定系统及标定方法的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种全张量磁梯度测量组件标定系统，所述标定系统包括：
激励源，用于提供激励信号；
标定源，电连接于所述激励源，用于在所述激励源的驱动下产生标定磁场；
无磁转台，设于所述标定源的下方，用于对所述标定源进行角度调整；
安装支架，设于所述标定源的一侧，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，用于测量所述标定源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值；
测控组件，电连接于所述全张量磁梯度测量组件，用于采集所述磁场梯度值并进行存储；
姿态调整装置，设于所述标定源的一侧，用于固定所述安装支架，并通过对所述安装支架进行定点转动以对所述全张量磁梯度测量组件进行姿态调整。
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，所述姿态调整装置包括：水平移动组件，设于所述水平移动组件上的高度调节组件，及设于所述高度调节组件远离所述水平移动组件一端的姿态调整组件；其中，所述姿态调整组件用于固定所述安装支架，并通过对所述安装支架进行转动以实现对所述全张量磁梯度测量组件进行姿态调整；所述高度调节组件用于固定所述姿态调整组件，并对所述姿态调整组件进行高度调节以实现对所述全张量磁梯度测量组件的高度调节；所述水平移动组件用于对所述姿态调整装置进行水平移动以实现对所述全张量磁梯度测量组件的水平移动。
可选地，所述姿态调整装置还包括：设于所述安装支架下方的支撑组件，用于对调整后的所述安装支架进行支撑。
可选地，所述激励源包括恒压源或恒流源。
可选地，所述标定源包括标准磁偶极子或麦克斯韦线圈。
本发明还提供了一种全张量磁梯度测量组件的标定方法，所述标定方法包括：
搭建如上所述的全张量磁梯度测量组件标定系统；
通过所述激励源驱动所述标定源产生标定磁场，并对所述标定源进行角度调整，以使所述标定源的磁矩与水平面垂直，此时测量所述标定源的工作电流及所述标定源与所述全张量磁梯度测量组件的空间位置关系，从而获取所述标定源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度理论值；
通过所述姿态调整装置定点转动所述全张量磁梯度测量组件，以测量所述标定源在所述全张量磁梯度测量组件处不同姿态下的磁场梯度测量值；
根据所述全张量磁梯度测量组件的物理构型建立理论模型，并根据所述磁场梯度理论值及全张量几何不变量获取标定理论值；
根据所述理论模型建立关于结构安装误差及灵敏度误差系数的误差模型，并根据多组所述磁场梯度测量值及所述全张量几何不变量获取多组标定测量值；
根据所述标定理论值及多组所述标定测量值获取结构安装误差及灵敏度误差系数，以完成所述全张量磁梯度测量组件的标定。
可选地，对所述标定源进行角度调整的方法包括：
通过所述无磁转台调整所述标定源的俯仰角及横滚角，之后在所述标定源的俯仰角及横滚角不变的情况下，通过所述无磁转台调整所述标定源的航向角以获取所述标定源的不同测点；
测量不同测点的所述标定源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值，直至相邻两测点所对应的磁场梯度值不变，以完成对所述标定源的角度调整。
可选地，测量所述工作电流的方法包括：于所述标定源中串联电流表以获取所述标定源的工作电流；或于所述标定源中串联一采样电阻，并通过测量所述采样电阻的电压以获取所述标定源的工作电流。
可选地，测量所述标定源与所述全张量磁梯度测量组件的空间位置关系的方法包括：通过测距仪测量所述标定源与所述全张量磁梯度测量组件的空间位置关系。
可选地，获取所述标定源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的所述磁场梯度理论值的方法包括：根据所述标定源的设计参数及所述标定源的工作电流，获取所述标定源的磁矩；之后再根据所述标定源的磁矩及所述标定源与所述全张量磁梯度测量组件的空间位置关系获取所述磁场梯度理论值；其中，所述标定源的设计参数包括：所述标定源的线圈匝数及线圈直径。
可选地，通过所述姿态调整装置定点转动所述全张量磁梯度测量组件的方法包括：先通过所述姿态调整组件调整所述全张量磁梯度测量组件的姿态，之后通过所述高度调节组件调节所述全张量磁梯度测量组件的高度，最后通过所述水平移动组件调节所述全张量磁梯度测量组件的水平位置，以使所述全张量磁梯度测量组件与所述标定源的空间位置关系不变。
可选地，获取所述标定理论值的方法包括：根据所述理论模型及所述磁场梯度理论值获取全张量磁梯度分量理论值，之后根据所述全张量几何不变量及所述全张量磁梯度分量理论值获取所述标定理论值。
可选地，获取所述标定测量值的方法包括：根据所述误差模型及所述磁场梯度测量值获取全张量磁梯度分量测量值，之后根据所述全张量几何不变量及所述全张量磁梯度分量测量值获取所述标定测量值。
可选地，所述标定方法还包括：重复上述步骤获取多组结构安装误差及灵敏度误差系数，并通过分别对多组结构安装误差及灵敏度误差系数求平均以获取最终结构安装误差及最终灵敏度误差系数。
如上所述，本发明的一种全张量磁梯度测量组件标定系统及标定方法，利用激励源、标定源、无磁转台、安装支架或低温容器、全张量磁梯度测量组件、测控组件及姿态调整装置组成的标定系统，在实现全张量磁梯度标定的同时，通过间接测量的方式准确地对全张量磁梯度测量组件的结构安装误差及灵敏度误差系数进行标定，有效地保障了全张量磁梯度测量组件的测量精度，从而保障了全张量磁梯度测量系统的测量精度；而且本发明所述标定系统及标定方法操作简单快速、便于实现，非常适合在超导航磁测量领域中应用。
附图说明
图1显示为本发明实施例一所述全张量磁梯度测量组件标定系统的结构示意图。
图2显示为本发明实施例一所述姿态调整装置的侧视图。
图3显示为本发明实施例二所述全张量磁梯度测量组件标定方法的流程图。
元件标号说明
10 全张量磁梯度测量组件标定系统
11 激励源
12 标定源
13 无磁转台
14 安装支架
15 全张量磁梯度测量组件
16 测控组件
17 姿态调整装置
171 水平移动组件
172 高度调节组件
1721 高度调节件
1722 安置活动槽
173 姿态调整组件
1731 姿态调节件
1732 固定件
174 支撑组件
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，本实施例提供一种全张量磁梯度测量组件标定系统10，所述标定系统10包括：
激励源11，用于提供激励信号；
标定源12，电连接于所述激励源11，用于在所述激励源11的驱动下产生标定磁场；
无磁转台13，设于所述标定源12的下方，用于对所述标定源12进行角度调整；
安装支架14，设于所述标定源12的一侧，用于提供安装平台；
全张量磁梯度测量组件15，设于所述安装支架14上，用于测量所述标定源12在所述全张量磁梯度测量组件15处产生的磁场梯度值；
测控组件16，电连接于所述全张量磁梯度测量组件15，用于采集所述磁场梯度值并进行存储；
姿态调整装置17，设于所述标定源12的一侧，用于固定所述安装支架14，并通过对所述安装支架14进行定点转动以对所述全张量磁梯度测量组件15进行姿态调整。
作为示例，所述标定系统10还包括：电连接于所述激励源11和所述标定源12之间的功率放大器，用于对所述激励源11提供的所述激励信号进行功率放大。
作为示例，所述标定系统10还包括：电连接于所述测控组件16的计算机，用于采集所述磁场梯度值并进行相应处理，以获取与所述磁场梯度值对应的全张量磁梯度。
作为示例，所述激励源11包括恒压源或恒流源。可选地，在本实施例中，所述激励源11为恒压源，以提供正弦低频信号作为所述激励信号；而所述恒压源的电压则根据实际需要进行设定，本实施例并不对所述恒压源的电压值进行限制。
作为示例，所述标定源12包括标准磁偶极子或麦克斯韦线圈。可选地，在本实施例中，所述标定源12为标准磁偶极子，而标准磁偶极子是本领域技术人员所公知的，其通常由多匝线圈构成。具体的，所述标准磁偶极子的直径大于10cm，其磁矩大于10Am2，以消除二阶梯度的影响，提高标定精度。需要注意的是，所述麦克斯韦线圈虽然具有磁梯度均匀性好的优点，但其体积庞大、成本高，故本实施例选取所述标准磁偶极子作为所述标定源12。
作为示例，所述无磁转台13为现有的任一种可实现三轴旋转的无磁转台，以对所述标定源12进行角度调整，而本实施例并不对所述无磁转台13的具体结构进行限制。具体的，所述无磁转台13通过固定件(如夹具、锁扣等)或粘性胶将所述标定源12固定于其上表面。
作为一示例，所述安装支架14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14的具体结构进行限制。具体的，所述安装支架14包括二个层级，其中，所述全张量磁梯度测量组件15安装于所述安装支架14的第一层级(即安装支架14的底部)，所述测控组件16安装于所述安装支架14的第二层级(即安装支架14的上部)；当然，在其它实施例中，所述全张量磁梯度测量组件15及所述测控组件16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15及所述测控组件16的上下位置关系进行限制，而且所述测控组件16也可不设于所述安装支架14上，即所述测控组件16设于所述安装支架14外。
作为一示例，所述全张量磁梯度测量组件15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15。需要注意的是，所述全张量磁梯度测量组件15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15的最终结构不同，但本实施例所述标定系统适用于任何所述全张量磁梯度测量组件15的最终结构。特别需要注意的是，由于所述全张量磁梯度测量组件15为非超导器件，故其工作于常温环境中。
作为另一示例，所述安装支架14包括低温容器，用于为所述全张量磁梯度测量组件15提供安装平台，同时为所述全张量磁梯度测量组件15提供低温环境。具体的，在所述安装支架14包括低温容器时，所述全张量磁梯度测量组件15设于所述低温容器内，所述测控组件16设于所述低温容器上方；其中所述低温容器14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。
作为另一示例，所述全张量磁梯度测量组件15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15。需要注意的是，所述全张量磁梯度测量组件15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15的最终结构不同，但本实施例所述标定系统适用于任何所述全张量磁梯度测量组件15的最终结构。特别需要注意的是，由于所述全张量磁梯度测量组件15为超导器件，故其工作于低温环境中。
可选地，在本实施例中，所述安装支架14为低温杜瓦，同时所述全张量磁梯度测量组件15包括6个平面梯度计，并且6个所述平面梯度计分别分布在六棱锥的表面，即本实施例所述全张量磁梯度测量组件15通过6个所述平面梯度计按6棱锥的物理构型搭建形成。
作为示例，所述测控组件16为现有的任一种可实现磁场梯度值采集及存储的装置，本实施例并不对所述测控组件16的结构进行限制。
作为示例，如图1和图2所示，所述姿态调整装置17包括：水平移动组件171，设于所述水平移动组件171上的高度调节组件172，及设于所述高度调节组件172远离所述水平移动组件171一端的姿态调整组件173；其中，所述姿态调整组件173用于固定所述安装支架14，并通过对所述安装支架14进行转动以实现对所述全张量磁梯度测量组件15进行姿态调整；所述高度调节组件172用于固定所述姿态调整组件173，并对所述姿态调整组件173进行高度调节以实现对所述全张量磁梯度测量组件的高度调节；所述水平移动组件171用于对所述姿态调整装置17整体进行水平移动以实现对所述全张量磁梯度测量组件15的水平移动。
具体的，所述水平移动组件171可通过滑轨实现水平移动，也可通过人工搬运实现水平移动，本实施例并不对所述水平移动组件171实现水平移动的方式进行限制。
具体的，所述高度调节组件172包括：垂直设于所述水平移动组件171上的高度调节件1721，及设于所述高度调节件1721远离所述水平移动组件171一端的安置活动槽1722；其中，所述高度调节件1721滑动安装于所述水平移动组件171上，以实现在所述水平移动组件171的高度方向上进行滑动调节；所述安置活动槽1722用于固定所述姿态调整组件173中的所述姿态调节件1731，同时为所述姿态调节件1731提供转动空间。可选地，在本实施例中，所述高度调节件1721及所述安置活动槽1722为一体成型结构，即于所述高度调节件1721远离所述水平移动组件171的一端形成一内凹的槽体，以实现在所述高度调节件1721的一端形成所述安置活动槽1722。需要注意的是，本实施例所述滑动安装为现有任何一种能够实现高度滑动调节的形式，本实施例并不对实现滑动安装的具体结构进行限制。
具体的，所述姿态调整组件173包括：部分设于所述安置活动槽1722内的姿态调节件1731，及设于所述姿态调节件1731远离所述安置活动槽1722一端的固定件1732；其中，所述固定件1732用于固定所述安装支架14；所述姿态调节件1731用于固定所述固定件1732，并通过自身转动带动所述固定件1732转动以实现对所述安装支架14上的所述全张量磁梯度测量组件15进行姿态调整。可选地，所述姿态调节件1731与所述安置活动槽1722的形状适配，在本实施例中，所述姿态调节件1731的形状为球形，所述安置活动槽1722的形状为空心球形；所述固定件1732与所述安装支架14的形状适配，在本实施例中，所述安装支架14为圆柱状结构，所述固定件1732的形状为空心圆柱状结构。
作为示例，如图1和图2所示，所述姿态调整装置17还包括：设于所述安装支架14下方的支撑组件174，用于对调整后的所述安装支架14进行支撑，以避免所述安装支架14掉落，造成安全事故。
需要注意的是，实现姿态调整的装置并非仅限于本实施例上述所述姿态调整装置，其它任何可实现姿态调节的装置也同样适用于本实施例。
实施例二
如图3所示，本实施例提供了一种全张量磁梯度测量组件的标定方法，所述标定方法包括：
搭建如实施例一所述的全张量磁梯度测量组件标定系统；
通过所述激励源驱动所述标定源产生标定磁场，并对所述标定源进行角度调整，以使所述标定源的磁矩与水平面垂直，此时测量所述标定源的工作电流及所述标定源与所述全张量磁梯度测量组件的空间位置关系，从而获取所述标定源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度理论值；
通过所述姿态调整装置定点转动所述全张量磁梯度测量组件，以测量所述标定源在所述全张量磁梯度测量组件处不同姿态下的磁场梯度测量值；
根据所述全张量磁梯度测量组件的物理构型建立理论模型，并根据所述磁场梯度理论值及全张量几何不变量获取标定理论值；
根据所述理论模型建立关于结构安装误差及灵敏度误差系数的误差模型，并根据多组所述磁场梯度测量值及所述全张量几何不变量获取多组标定测量值；
根据所述标定理论值及多组所述标定测量值获取结构安装误差及灵敏度误差系数，以完成所述全张量磁梯度测量组件的标定。
需要注意的是，本实施例所述全张量磁梯度测量组件标定系统的组成、搭建具体请参阅实施例一，本实施例不再对所述全张量磁梯度测量组件标定系统的组成及搭建进行说明。
作为示例，对所述标定源进行角度调整的方法包括：通过所述无磁转台调整所述标定源的俯仰角及横滚角，之后在所述标定源的俯仰角及横滚角不变的情况下，通过所述无磁转台调整所述标定源的航向角以获取所述标定源的不同测点；测量不同测点的所述标定源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值，直至相邻两测点所对应的磁场梯度值不变，以完成对所述标定源的角度调整。具体的，通过所述无磁转台调整所述标定源的俯仰角、横滚角和航向角及通过所述全张量磁梯度测量组件测量所述标定源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值均是本领域技术人员所公知的，故在此不再赘述。需要注意的是，相邻两测点所对应的磁场梯度值不变，则认为此时所述标定源的磁矩与水平面垂直，从而完成对所述标定源的角度调整；进一步地，本实施例所述相邻两测点所对应的磁场梯度值不变是指相邻两测点所对应的磁场梯度值相等或近似相等。
作为示例，测量所述工作电流的方法包括：于所述标定源中串联电流表以获取所述标定源的工作电流；或于所述标定源中串联一采样电阻，并通过测量所述采样电阻的电压以获取所述标定源的工作电流，即利用欧姆定律测得所述标定源的工作电流。
作为示例，测量所述标定源与所述全张量磁梯度测量组件的空间位置关系的方法包括：通过测距仪测量所述标定源与所述全张量磁梯度测量组件的空间位置关系。具体的，利用所述测距仪测量空间位置关系为本领域技术人员所公知的，故在此不再赘述。
作为示例，获取所述标定源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度理论值的方法包括：根据所述标定源的设计参数及所述标定源的工作电流，获取所述标定源的磁矩；之后再根据所述标定源的磁矩及所述标定源与所述全张量磁梯度测量组件的空间位置关系获取所述磁场梯度理论值，即通过将所述标定源的磁矩及所述标定源与所述全张量磁梯度测量组件的空间位置关系代入磁场梯度理论公式即可计算得到所述磁场梯度理论值；其中所述标定源的设计参数包括：所述标定源的线圈匝数及线圈直径。需要注意的是，通过所述标定源的设计参数及工作电流获取所述标定源的磁矩及根据所述标定源的磁矩及所述标定源与所述全张量磁梯度测量组件的空间位置关系，利用所述磁场梯度理论公式计算磁场梯度值均是本领域技术人员所公知的，故在此不再赘述。
作为示例，通过所述姿态调整装置定点转动所述全张量磁梯度测量组件的方法包括：先通过所述姿态调整组件调整所述全张量磁梯度测量组件的姿态，之后通过所述高度调节组件调节所述全张量磁梯度测量组件的高度，最后通过所述水平移动组件调节所述全张量磁梯度测量组件的水平位置，以使所述全张量磁梯度测量组件的测点保持不变，即所述全张量磁梯度测量组件与所述标定源的空间位置关系不变。进一步地，每次调整完成后测量前，将所述支撑组件174放置于所述安装支架的下方，以支撑所述安装支架，避免所述安装支架掉落造成安全事故。需要注意的是，在对所述全张量磁梯度测量组件进行姿态调整，以获取不同姿态下的全张量磁梯度测量组件时，通过保证每次调整的所述全张量磁梯度测量组件与所述标定源的空间位置关系不变，来降低因空间位置关系变化引起的磁场梯度测量值的变化，从而使得每次测量的磁场梯度测量值的变化仅由姿态变化引起，进而提高测量精度。
作为示例，不同物理构型的所述全张量磁梯度测量组件对应的理论模型不同，但根据所述全张量磁梯度测量组件的不同物理构型获取对应的理论模型是本领域技术人员所公知的，故在此不再赘述。需要注意的是，本实施例所述理论模型是指未引入结构安装误差及灵敏度误差系数的模型，而误差模型是指在理论模型的基础上引入结构安装误差及灵敏度误差系数的模型。
在本实施例中，由于所述全张量磁梯度测量组件是由6个平面梯度计按六棱锥的物理构型搭建，故本实施例所述全张量磁梯度测量组件对应的理论模型如下：
其中，G1、G2、G3、G4、G5、G6分别为6个平面梯度计的输出，即磁场梯度值，α为六棱锥的六个锥面与底面的夹角。
根据所述理论模型建立关于结构安装误差及灵敏度误差系数的误差模型，即于所述理论模型中引入结构安装误差及灵敏度误差系数，此时设定仅六棱锥的六个锥面与底面的夹角存在固定的结构安装误差，得到的误差模型如下：
其中，β为六棱锥的六个锥面与底面的夹角存在的固定的结构安装误差，K1、K2、K3、K4、K5、K6分别为6个平面梯度计的灵敏度误差系数。
作为示例，获取所述标定理论值的方法包括：根据所述理论模型及所述磁场梯度理论值获取全张量磁梯度分量理论值(即将所述磁场梯度理论值代入所述理论模型以得到全张量磁梯度分量理论值)，之后根据所述全张量几何不变量及所述全张量磁梯度分量理论值获取所述标定理论值(即将所述全张量磁梯度分量理论值代入所述全张量几何不变量以得到所述标定理论值)。
作为示例，获取所述标定测量值的方法包括：根据所述误差模型及所述磁场梯度测量值获取全张量磁梯度分量测量值(即将所述磁场梯度测量值代入所述误差模型以得到全张量磁梯度分量测量值)，之后根据所述全张量几何不变量及所述全张量磁梯度分量测量值获取所述标定测量值(即将所述全张量磁梯度分量测量值代入所述全张量几何不变量以得到所述标定测量值)。
具体的，所述全张量几何不变量包括如下四个公式中的一个；公式一为：GT＝Gxx 2+Gyy 2+Gzz 2+2*Gxy 2+2*Gxz 2+2*Gyz 2，公式二为：I0＝Gxx+Gyy+Gzz＝0，公式三为：I1＝GxxGyy+GyyGzz+GxxGzz-Gxy 2-Gxz 2-Gyz 2＝λ1λ2+λ2λ3+λ1λ3，公式四为：I2＝Gxx(GyyGzz-Gyz 2)+Gxy(GyzGxz-GxyGzz)+Gxz(GyzGxy-GxzGyy)＝λ1λ2λ3；其中，Gxx、Gyy、Gzz、Gxy、Gxz、Gyz为全张量磁梯度的不同分量，λ1、λ2、λ3为全张量磁梯度对称矩阵的特征值。需要注意的是，全张量磁梯度是一个3*3的对称矩阵，其共有9个分量(Gxx、Gxy、Gxz、Gyx、Gyy、Gyz、Gzx、Gzy、Gzz)，但其中只有5个独立分量(Gxx、Gyy、Gxy、Gxz、Gyz)，按照线性代数理论，全张量磁梯度对称矩阵与其经姿态投影后的矩阵是相似矩阵，因此它们具有相同的特征值，即全张量磁梯度测量组件在某个测量点，无论其姿态如何，其测量结果所构成的全张量磁梯度矩阵具有相同实数特征值，由此可得本实施例所述四个全张量几何不变量公式。
作为示例，获取结构安装误差及灵敏度误差系数的方法包括：根据所述标定理论值及多组所述标定测量值，通过最小二乘或遗传算法等最优值计算方法获取所述结构安装误差及灵敏度误差系数。可选地，在本实施例中，通过最小二乘获取所述结构安装误差及灵敏度误差系数，即通过公式计算H0取最小值时的结构安装误差及灵敏度误差系数的最优值以作为所述全张量磁梯度测量组件的标定结果；其中，n为标定测量值的组数，Ci为不同姿态下的标定测量值，Cm为标定理论值。
作为示例，所述标定方法还包括：重复上述步骤获取多组结构安装误差及灵敏度误差系数，并通过分别对多组结构安装误差及灵敏度误差系数求平均以获取最终结构安装误差及最终灵敏度误差系数。
综上所述，本发明的一种全张量磁梯度测量组件标定系统及标定方法，利用激励源、标定源、无磁转台、安装支架或低温容器、全张量磁梯度测量组件、测控组件及姿态调整装置组成的标定系统，在实现全张量磁梯度标定的同时，通过间接测量的方式准确地对全张量磁梯度测量组件的结构安装误差及灵敏度误差系数进行标定，有效地保障了全张量磁梯度测量组件的测量精度，从而保障了全张量磁梯度测量系统的测量精度；而且本发明所述标定系统及标定方法操作简单快速、便于实现，非常适合在超导航磁测量领域中应用。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 (18)

1.一种全张量磁梯度测量组件标定系统，其特征在于，所述标定系统包括：
激励源，用于提供激励信号；
标定源，电连接于所述激励源，用于在所述激励源的驱动下产生标定磁场；
无磁转台，设于所述标定源的下方，用于对所述标定源进行角度调整；
安装支架，设于所述标定源的一侧，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，用于测量所述标定源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值；
测控组件，电连接于所述全张量磁梯度测量组件，用于采集所述磁场梯度值并进行存储；
姿态调整装置，设于所述标定源的一侧，用于固定所述安装支架，并通过对所述安装支架进行定点转动以对所述全张量磁梯度测量组件进行姿态调整。
2.根据权利要求1所述的全张量磁梯度测量组件标定系统，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。
3.根据权利要求1所述的全张量磁梯度测量组件标定系统，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。
4.根据权利要求3所述的全张量磁梯度测量组件标定系统，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。
5.根据权利要求3所述的全张量磁梯度测量组件标定系统，其特征在于，所述低温容器包括低温杜瓦。
6.根据权利要求1至5任一项所述的全张量磁梯度测量组件标定系统，其特征在于，所述姿态调整装置包括：水平移动组件，设于所述水平移动组件上的高度调节组件，及设于所述高度调节组件远离所述水平移动组件一端的姿态调整组件；其中，所述姿态调整组件用于固定所述安装支架，并通过对所述安装支架进行转动以实现对所述全张量磁梯度测量组件进行姿态调整；所述高度调节组件用于固定所述姿态调整组件，并对所述姿态调整组件进行高度调节以实现对所述全张量磁梯度测量组件的高度调节；所述水平移动组件用于对所述姿态调整装置进行水平移动以实现对所述全张量磁梯度测量组件的水平移动。
7.根据权利要求6所述的全张量磁梯度测量组件标定系统，其特征在于，所述姿态调整装置还包括：设于所述安装支架下方的支撑组件，用于对调整后的所述安装支架进行支撑。
8.根据权利要求1至5任一项所述的全张量磁梯度测量组件标定系统，其特征在于，所述激励源包括恒压源或恒流源。
9.根据权利要求1至5任一项所述的全张量磁梯度测量组件标定系统，其特征在于，所述标定源包括标准磁偶极子或麦克斯韦线圈。
10.一种全张量磁梯度测量组件的标定方法，其特征在于，所述标定方法包括：
搭建如权利要求1至9任一项所述的全张量磁梯度测量组件标定系统；
通过所述激励源驱动所述标定源产生标定磁场，并对所述标定源进行角度调整，以使所述标定源的磁矩与水平面垂直，此时测量所述标定源的工作电流及所述标定源与所述全张量磁梯度测量组件的空间位置关系，从而获取所述标定源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度理论值；
通过所述姿态调整装置定点转动所述全张量磁梯度测量组件，以测量所述标定源在所述全张量磁梯度测量组件处不同姿态下的磁场梯度测量值；
根据所述全张量磁梯度测量组件的物理构型建立理论模型，并根据所述磁场梯度理论值及全张量几何不变量获取标定理论值；
根据所述理论模型建立关于结构安装误差及灵敏度误差系数的误差模型，并根据多组所述磁场梯度测量值及所述全张量几何不变量获取多组标定测量值；
根据所述标定理论值及多组所述标定测量值获取结构安装误差及灵敏度误差系数，以完成所述全张量磁梯度测量组件的标定。
11.根据权利要求10所述的全张量磁梯度测量组件的标定方法，其特征在于，对所述标定源进行角度调整的方法包括：
通过所述无磁转台调整所述标定源的俯仰角及横滚角，之后在所述标定源的俯仰角及横滚角不变的情况下，通过所述无磁转台调整所述标定源的航向角以获取所述标定源的不同测点；
测量不同测点的所述标定源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的磁场梯度值，直至相邻两测点所对应的磁场梯度值不变，以完成对所述标定源的角度调整。
12.根据权利要求10所述的全张量磁梯度测量组件的标定方法，其特征在于，测量所述工作电流的方法包括：于所述标定源中串联电流表以获取所述标定源的工作电流；或于所述标定源中串联一采样电阻，并通过测量所述采样电阻的电压以获取所述标定源的工作电流。
13.根据权利要求10所述的全张量磁梯度测量组件的标定方法，其特征在于，测量所述标定源与所述全张量磁梯度测量组件的空间位置关系的方法包括：通过测距仪测量所述标定源与所述全张量磁梯度测量组件的空间位置关系。
14.根据权利要求10所述的全张量磁梯度测量组件的标定方法，其特征在于，获取所述标定源在所述全张量磁梯度测量组件处产生的所述磁场梯度理论值的方法包括：根据所述标定源的设计参数及所述标定源的工作电流，获取所述标定源的磁矩；之后再根据所述标定源的磁矩及所述标定源与所述全张量磁梯度测量组件的空间位置关系获取所述磁场梯度理论值；其中，所述标定源的设计参数包括：所述标定源的线圈匝数及线圈直径。
15.根据权利要求10所述的全张量磁梯度测量组件的标定方法，其特征在于，通过所述姿态调整装置定点转动所述全张量磁梯度测量组件的方法包括：先通过所述姿态调整组件调整所述全张量磁梯度测量组件的姿态，之后通过所述高度调节组件调节所述全张量磁梯度测量组件的高度，最后通过所述水平移动组件调节所述全张量磁梯度测量组件的水平位置，以使所述全张量磁梯度测量组件与所述标定源的空间位置关系不变。
16.根据权利要求10所述的全张量磁梯度测量组件的标定方法，其特征在于，获取所述标定理论值的方法包括：根据所述理论模型及所述磁场梯度理论值获取全张量磁梯度分量理论值，之后根据所述全张量几何不变量及所述全张量磁梯度分量理论值获取所述标定理论值。
17.根据权利要求10所述的全张量磁梯度测量组件的标定方法，其特征在于，获取所述标定测量值的方法包括：根据所述误差模型及所述磁场梯度测量值获取全张量磁梯度分量测量值，之后根据所述全张量几何不变量及所述全张量磁梯度分量测量值获取所述标定测量值。
18.根据权利要求10至17任一项所述的全张量磁梯度测量组件的标定方法，其特征在于，所述标定方法还包括：重复上述步骤获取多组结构安装误差及灵敏度误差系数，并通过分别对多组结构安装误差及灵敏度误差系数求平均以获取最终结构安装误差及最终灵敏度误差系数。
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