CN111025231A - 一种基于信号方向的磁感应透地定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于信号方向的磁感应透地定位方法，属于磁感应透地定位技术领域。该方法利用地面上的两个接收机和发射机线圈中轴线与地面的交点之间的几何关系计算出了发射机和接收机之间的水平距离。在接收机、发射机以及所述交点构成的直角三角形中，推导出了发射机所在的顶角和三轴定位信号的和矢量与地面的夹角之间的对应关系，利用已知的定位信号和矢量与地面的夹角确定了收发机夹角，从而实现了垂直定位。本发明利用三轴正交信号的矢量叠加代替了旋转单轴接收线圈确定信号方向的方法，对透地定位信号进行一次采集就能完成信号方向的确定，极大地降低了定位操作的复杂度，更加精确地确定了发射机与接收机间的水平距离及发射机的深度。

Description

一种基于信号方向的磁感应透地定位方法

技术领域

本发明涉及磁感应透地定位技术领域，具体涉及一种基于信号方向的磁感应透地定位方法。

背景技术

透地定位技术在矿难救援、隧道施工以及地下导航等领域有重要作用。然而，在大地介质中，电磁波很容易受到介质变化或障碍物的影响，在通过岩石或水等介质时发生显著的衰减和多径现象，这会严重影响透地定位信号的传输距离和定位精度。极低频磁感应信号可以大幅降低导电的大地媒质对电磁场的损耗。准静态磁场为无散场，其在大地中传播时不会出现反射和散射等多径现象。因此该技术被用于透地定位当中。但现有的透地定位系统还存在多种问题。

采用几百到几千赫兹的方波电磁透地定位信号的透地定位系统。该系统的单轴线圈发射机水平放置在矿井巷道中或者水平缠绕在矿井支柱上，单轴线圈接收机水平放置在地面上。在定位时，矿井下的发射机持续发送透地定位信号，地面上的工作人员不断的移动检测透地定位信号的接收机，直到检测到透地定位信号为止。该透地定位系统只能确定井下发射机的大概位置，不能实现包含收发机之间方向和距离的精确透地定位。

水平放置在地下的单轴环形通电线圈产生的磁场信号在线圈正上方地面上的水平分量为0，垂直分量大于地面上其他位置处。在定位时，地面上手持水平方向的单轴线圈接收机的工作人员在发射机上方的地面区域来回移动，直到检测到的磁场信号最大为止。然后将接收线圈垂直放置，若检测到的磁场信号强度为0，则说明当前位置位于地下发射线圈的正上方。该方法可以确定地下的发射线圈中轴线与地面交点的位置(水平定位)，但不能确定地下的发射线圈离地面的深度(垂直定位)。

水平放置在地下的环形通电线圈可以在地面上产生感应磁场，其水平分量在垂直于通电线圈中轴线的方向上最小。在定位时，地面上的救援人员不断地在水平方向旋转垂直放置的单轴环形接收线圈，直到检测到的磁场信号最小为止。此时环形接收线圈的中轴线垂直于环形通电发射线圈的中轴线。因此环形接收线圈所在平面与水平地面的交线经过发射线圈的中轴线与地面的交点。但一条这样的交线不能确定发射线圈中轴线与地面的交点的位置，因此，移动地面上的接收机，重复上述步骤，获取第二条接收线圈平面与地面的交线，这两条交线的交点即为发射线圈中轴线与地面的交点。该方法同样只能实现水平定位。

建立三轴正交发射线圈与三轴正交接收线圈之间的耦合矩阵。在定位时，三轴正交发射线圈每个轴按顺序依次发送不同频率的磁感应透地定位信号，三轴正交接收线圈在接收到定位信号之后，将信号的幅值和方向代入耦合矩阵，解出接收线圈与发射线圈之间的相对位置。该方法可实现水平定位和垂直定位，但磁感应透地定位信号在大地介质中传播时会发生介质损耗，这会导致该方法出现定位误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于信号方向的磁感应透地定位方法，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供的一种基于信号方向的磁感应透地定位方法，磁感应信号发射机为水平放置在地下的单轴环形通电线圈；

磁感应信号接收机为放置在地面上的两个三轴正交感应式磁芯线圈；其中，三轴正交感应式磁芯线圈的一个轴垂直于水平地面，另外两个轴平行于水平地面；

在单轴环形通电线圈中通正弦电流，正弦电流激发的准静态磁场分别在三轴正交感应式磁芯线圈的两端产生感应电压信号；根据三轴正交感应电压信号的强度确定磁感应透地定位信号的方向和强度；

将平行于地面的二个轴的感应电压信号进行矢量叠加，叠加信号所在直线经过单轴环形通电线圈的中轴线与地面的交点；

在两个所述三轴正交感应式磁芯线圈和所述交点构成的三角形中，计算所述交点与轴正交感应式磁芯线圈之间的距离，完成水平定位；

在接收机、发射机以及所述交点构成的直角三角形中，确定发射机所在的顶角和磁感应透地定位信号的和矢量与地面的夹角之间的对应关系，计算出所述交点与发射机间的距离，实现垂直定位。

优选的，以单轴环形通电线圈的中心点为坐标原点建立球坐标系，则磁感应透地定位信号的信号强度为：

其中，n表示单轴环形通电线圈的匝数，r′表示接收机三轴正交感应式磁芯线圈的中心点与单轴环形通电线圈的中心点间的距离，θ表示三轴正交感应式磁芯线圈的中心点与单轴环形通电线圈的中心点的连线与单轴环形通电线圈的中心轴间的夹角，σ表示大地介质的电导率，μ₀表示大地介质的磁导率，R表示单轴环形通电线圈的半径；

发射机线圈电流为I＝I₀*sinωt，其中ω表示电流角频率，t表示时间，则

其中，n₀(t)表示磁感应透地定位信号中的频谱上随机分布的地磁噪声。

优选的，透地定位信号的水平分量均经过单轴环形通电线圈的中轴线与地面的交点，在两个接收机和所述交点构成的三角形中，测量地面上两个接收机之间的距离以及这两个接收机所在顶角的角度，根据正弦定理计算出所述交点与接收机之间的距离，完成水平定位。

优选的，在接收机、发射机以及所述交点构成的直角三角形中，将磁感应透地定位信号强度进行矢量分解，获取B的水平分量和垂直分量计算θ，结合接收机与所述交点间的距离，通过正切计算可获得发射机的垂直深度z，完成垂直定位。

优选的，若忽略地磁噪声的影响，式(2)中透地定位信号强度峰值为

对式(3)中的B进行矢量分解；首先将B在球坐标系中分解为沿r轴的分量和沿θ轴的分量，再将上述两个分量分别沿着z轴和H1轴进行矢量分解，得出B的水平分量B_H1和垂直分量B_Z1：

优选的，将式(4)中的两式相除，可得

则，θ的值为：

优选的，在球坐标系中θ的取值范围为0-π，而

为负值，不在θ的取值范围内；因此，

则发射机离地面的深度为：

本发明有益效果：确定地下的发射机和地面上的接收机之间水平方位、水平距离以及发射机离地面深度，实现了在地面上对地下目标高精度的三维透地定位，可降低了介质电导率、发射机线圈半径以及发射机线圈电流对定位精度的影响；在发射机线圈不发生倾斜的情况下采用方向法在距离地下的发射机线圈中轴线与地面的交点较近的地面处可获取较高的定位精度，不需要高阶的窄带滤波计算和上千次的迭代路径损耗计算，便于实现。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的磁感应透地定位系统定位原理模型图。

图2为本发明实施例所述的磁感应透地定位系统的单轴环形线圈发射机和三轴正交感应式磁芯线圈接收机在三维坐标系下的相对位置图。

图3为本发明实施例所述的水平定位原理图。

图4为本发明实施例所述的磁感应透地信号B的矢量分解示意图。

图5为本发明实施例所述的发射机线圈处于倾斜状态下的信号矢量分解模型示意图。

图6为本发明实施例所述的路径法定位和方向法定位的定位结果对比示意图。

具体实施方式

下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。

为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。

实施例1

本发明实施例1提供一种基于信号方向的磁感应透地定位方法，在本发明实施例中，系统的发射机为水平放置在地下的单轴环形通电线圈。接收机为放置在地面上的三轴正交感应式磁芯线圈，线圈的一个轴垂直于水平地面，另外两个轴平行于水平地面。收发机之间为具有导电性的大地介质。发射机的多匝线圈中通有某一频率(比如10Hz)的正弦电流，电流所激发的准静态磁场穿过大地介质到达地面上接收机处，分别在接收机三个磁芯线圈的两端产生感应电压信号，根据三轴正交感应电压信号的强度可以确定磁感应透地定位信号的方向和强度。

水平定位通过确定发射机线圈中轴线和接收机之间的方位和距离来实现。在地面上的三轴接收机检测到磁感应透地定位信号之后，将其平行于地面的二轴检测到的信号进行矢量叠加，此时叠加信号所在直线经过地下发射线圈的中轴线与地面的交点。分布在地面上不同位置处的两个接收机可以生成两条这样的直线，其交点就是发射线圈中轴线与地面的交点。在两个接收机和发射线圈中轴线与地面的交点构成一个三角形中，测量地面上两个接收机之间的距离以及这两个接收机所在顶角的角度，根据正弦定理计算出发射机线圈中轴线与地面的交点与任一接收机之间的距离，以此完成水平定位。

垂直定位需要首先确定发射机线圈中轴线与地面的交点与地面上任一接收机之间的距离，然后确定该接收机与发射机线圈中心的连线与发射机线圈中轴线之间的夹角。在地面上的接收机、地下的发射机以及发射机线圈中轴线与地面的交点这三者构成的直角三角形中，利用正切函数计算可以获取地下的发射机和发射机线圈中轴线与地面的交点之间的距离，即发射机离地面的深度。

在本发明实施例1中，利用三轴正交信号的矢量叠加代替旋转单轴接收线圈确定信号方向的方法，对透地定位信号进行一次采集就能完成信号方向的确定，极大地降低了定位操作的复杂度。推导出了发射机所在的顶角和三轴定位信号的和矢量与地面的夹角之间一一对应的关系，利用已知的定位信号和矢量与地面的夹角确定了收发机夹角，从而实现了垂直定位。

如图1所示，发射机为水平放置在地下的单轴多匝环形通电线圈，方在地面上不同位置处的两个接收机均为三轴正交感应式磁芯线圈传感器，线圈的一个轴垂直于水平地面，另外两个轴平行于水平地面。发射机和接收机之间为具有导电性的大地介质。发射机的多匝线圈中通有某一频率(比如10Hz)的正弦电流，电流所激发的准静态磁场穿过大地介质到达地面上接收机处，分别在接收机三个磁芯线圈的两端产生感应电压信号，接收机可将感应电压信号还原为磁感应透地定位信号。图1中的磁感线为弧形的曲线，两个接收机处的磁感线不指向发射机线圈，因此不能直接通过接收机处磁场的方向判断发射机线圈的位置。但对发射机线圈进行定位可以通过水平定位和垂直定位两步来间接实现。

如图2所示，在以点O为原点的三维直角坐标系中，发射机位于坐标原点处，天线线圈中心与原点O重合。图2中的虚线框代表地面，接收机Q₁和Q₂位于地面上不同位置，点C为发射机线圈轴线与地面的交点。Q₁和Q₂与点C的距离分别为r₁和r₂，点C与原点O的距离为z。Q₁和Q₂与点O的距离分别为r′₁和r′₂，Q₁O和Q₂O与z轴的夹角分别为θ₁和θ₂，Q₁C和Q₂C与x轴的夹角分别为φ₁和φ₂。发射机天线线圈半径为R，线圈匝数为n，线圈中电流为I。以点O为原点建立球坐标系，可以得出Q₁点和Q₂点的透地定位信号强度。

本发明实施例1中，以Q₁点为例，其透地定位信号强度为：

在本发明实施例1中，假设大地介质的电导率为σ，磁导率为μ₀，在频谱上近似随机分布的地磁噪声为n₀(t)，发射机线圈电流I＝I₀*sinωt，其中ω为电流角频率，t为时间。则：

由式(22)可知，Q₁点的透地定位信号强度

与φ₁无关，这表明该点处的信号位于平面OCQ₁内，其水平分量B_H1指向点C，同样，Q₂点的透地定位信号水平分量B_H2也指向点C，B_H1和B_H2所在直线Q₁C和Q₂C可共同确定点C的位置。对Q₁点和Q₂点之间的距离、∠Q₂Q₁C以及∠Q₁Q₂C进行测量，根据正弦定理计算出Q₁C的长度r₁或者Q₂C的长度r₂。至此，点C相对于Q₁点或Q₂点的方位和距离都已获取，实现了水平定位。

在本发明实施例1中，由式(22)同时可知，Q₁点的磁感应透地定位信号强度

是θ₁的函数，可根据

的水平分量B_H1和垂直分量B_Z1推导出θ₁的值。至此，在直角三角形CQ₁O中，Q₁C的值r₁和∠COQ₁的值θ₁都已获取，通过正切计算可获得发射机的垂直深度z，完成基于角度的垂直定位。

具体的，在进行水平定位时，由图2可知，接收机Q₁和Q₂处磁感应透地定位信号在水平方向的分量B_H1和B_H2指向点C，因此通过这两点可以确定点C的位置。如图3所示，图3中C点、Q₁点和Q₂点与图2相对应。Q₁点处透地定位信号的水平正交分量为B_x1和B_y1，和矢量为B_H1，Q₂点与Q₁点类似，分别对应B_x2、B_y2、B_H2。由于透地定位信号为标准正弦波，信号的方向随时间周期性交变，虽然图2和图3中B_H1、B_H2看起来方向相反，但表达的内容相同。Q₁点和Q₂点之间的测量距离为d，

由图3可知，点C位于B_H1和B_H2所在直线的交点处，这就确定了地下的发射机与Q₁点或Q₂点之间的水平方位。根据正弦定理，Q₁点和地下发射机之间的水平距离为：

至此可以确定，地下的发射机位于沿着B_H1的反方向与Q₁点之间距离为

的地面的正下方。

实施例2

本发明实施例2中，为了确定发射机的深度，将式(22)中地面上接收机Q₁点处磁感应透地定位信号

进行矢量分解，得到了

的水平分量B_H1和垂直分量B_Z1，根据B_H1和B_Z1推导出了图2中θ₁的值，结合Q₁、C两点间的距离r₁，采用正切计算得出了发射机与地面之间的距离z。

如图4所示，为Q₁点磁感应透地定位信号

的矢量分解图，图4中H1轴与图2中的B_H1重合，OCQ₁平面对应图2中的OCQ₁平面，两图中的原点O和z轴互相重合。由图4可知，在直角三角形OCQ₁中，发射机与地面之间的距离z为：

式(24)中r₁已通过式(23)得出，在本发明实施例2中，再求出θ₁，即可解出发射机离地面的深度z。具体如下：

若忽略地磁噪声的影响，式(22)中Q₁点透地定位信号强度峰值为

对式(25)中的B进行矢量分解；首先将B在球坐标系中分解为沿着r轴的分量和沿着θ轴的分量，再将上述两个分量分别沿着z轴和H1轴进行矢量分解，得出B的水平分量B_H1和垂直分量B_Z1。

图4中Q₁I对应

Q₁B和Q₁F对应

在球坐标中e_r和e_θ方向的分量。Q₁B和Q₁F沿着H1轴和Z轴方向的分矢量为

因此，

在H1轴和Z轴方向的分量分别为

由式(25)可知

又有∠AQ₁B＝∠COQ₁＝θ₁，因此

将式(29)代入式(27)可得

在水平方向和垂直方向的分量分别为

根据B_H1和B_Z1推导θ₁的值，如下所示：

将式(30)中的两式相除，可得|B_Z1|和|B_H1|的比值为

由式(31)可知，式(30)中的μ₀R²I/4r′₁ ³和

均被消去，因此θ₁仅与|B_Z1|和|B_H1|有关，而|B_H1|为三轴接收信号在水平方向的和矢量，|B_Z1|为三轴接收信号在垂直于地面方向的分量，二者都可视为常数。因此θ₁的值为

由于在球坐标系中θ₁的取值范围为0-π，

而

为负值，不在θ的取值范围内，因此，

则发射机离地面的深度为：

在本发明实施例2中，证明了若发射机线圈出现倾斜，则可能会导致定位误差的增加，从而影响磁感应透地定位系统的定位精度。

首先评估发射机线圈倾斜对水平定位的影响。若定位误差增加，则可断定发射机线圈倾斜影响透地定位精度；若定位误差不增加，则继续评估发射机线圈倾斜对垂直定位的影响。

在评估中，假设地下的发射机线圈倾斜一定的角度。对地面上接收机接收到的磁感应透地定位信号进行水平方向和垂直方向的矢量分解，判断水平分量是否偏离地下的发射机线圈正上方的地面。若出现偏离，则可断定透地定位出现误差；若不偏离，则在地面上另选一个位置重复上述步骤。

如图5所示，为所建立的倾斜线圈空间模型。图5中的直角坐标系与图2相同，位于原点O的发射机线圈沿y轴方向倾斜，倾斜的角度为θ_s，因此发射机线圈轴线与地面的交点由图2中的C点转移到图5中的B点。点A位于地面上，AB⊥BC，平面ABC为地面，点C为Z轴与地面的交点，|CO|＝z。图5中∠AOB＝θ₆，∠BAC＝θ₄，|BC|＝x,|AB|＝x₁,|OB|＝r,|OA|＝r₁。当接收机位于点A时，可测得A点处信号在X、Y、Z三个方向的分量分别为AF、AH和AG，和矢量为AE。

为了评估发射机线圈倾斜对透地定位精度的影响，假定地面上A点处的接收机与O点处的发射机共用图5中的直角坐标系。AD为AG和AH的和矢量。AK为AH和AF的和矢量，即透地定位信号的水平分量，∠KAF＝θ₃。

图5中点B、点A和点F共线，因此，若θ₃＝θ₄，则AC与AK共线，此时信号的水平分量所在的直线经过点C，无法直接判断地下的发射机线圈倾斜会不会影响透地定位系统的定位精度，需要在地面上另选一个地点重新确定θ₃是否等于θ₄。若θ₃≠θ₄，则AK所在直线不经过点C，系统的水平定位出现了误差，这说明发射机线圈倾斜会影响透地定位系统的定位精度。因此若要判断发射机线圈倾斜是否会影响定位精度，需要确定θ₃和θ₄是否相等。

首先将θ₃和θ₄用图5中已知的量进行表达。由图5可知，

因此，

以O点为原点，以OB为中轴建立球坐标系，根据式(25)可得A点磁感应透地定位信号的强度为

按照图4所示的方法，将B_AE分解为平行于X轴的分量B_AF和垂直于X轴的分量B_AD：

由于B_AD位于平面AOB内，∠ADH＝∠GAD＝θ₅，因此B_AH为

B_AH＝B_AD·sinθ₅ (38)

因此，

为判断θ₃和θ₄是否相等，将式(35)和式(39)进行联立，可得

对式(40)进行求解，可知当θ₆＝π/2或

时，式(40)成立。其中θ₆＝π/2表示接收机在无限远处，没有实际意义。因此只有当

时，θ₃和θ₄相等，此时TS倾斜不会令透地定位出现误差，θ₆取其他值的时候都会使透地定位出现误差。因此可以断定，发射机天线线圈倾斜在绝大多数情况下都会影响定位精度。因此在布置发射机的过程中应尽量避免线圈倾斜，以保证磁感应透地定位系统的定位精度。

对比实验

在部署和使用磁感应透地定位系统的过程中，大地电导率σ、发射机线圈半径R以及线圈电流I可能出现变化，上述变化可能在系统所处环境变化、系统部署不规范以及设备电池损耗等情况下产生。这些变化的发生具有很大的随机性，因此地面上的接收机难以事先掌握。

基于上述情况，假设地面上的接收机与地下的发射机之间的垂直距离为1000m，水平距离为200m，接收机按照上节给出的标准参数正常工作，分别根据式(23)和式(34)实现基于方向法和路径法的垂直定位。在此过程中，大地电导率σ、发射机线圈半径R以及线圈电流I依次在标准参数的基础上增加1％-10％，分别利用路径法和方向法在这三种情况下得到的发射机离地面的深度如图6所示。

由图6可知，σ、R以及I的变化不影响方向法的定位精度，方向法的测量结果与发射机与地下的发射机离地面的真实深度相同，未产生误差。在σ、R以及I变化10％^10％的情况下，路径法分别出现了6.9m、56.5m、以及28.5m的误差，实际上大地电导率σ的变化范围通常在1×10^-3S/m-15×10^-3S/m之间，远大于5×10^-3S/m的10％，由大地电导率σ变化导致的误差也远大于6.9m。因此方向法具有更高的定位精度，更好的环境适应性和容错性，是一种值得推荐的定位算法。

综上所述，本发明实施例提出的一种可以确定地下的发射机和地面上的接收机之间水平方位、水平距离以及发射机离地面深度的磁感应透地定位系统，实现了在地面上对地下目标高精度的三维透地定位。所提出的基于信号方向的定位算法(方向法)可降低介质电导率σ，发射机线圈半径R以及发射机线圈电流I对定位精度的影响。分析与仿真结果表明：在发射机线圈不发生倾斜的情况下采用方向法在距离地下的发射机线圈中轴线与地面的交点较近的地面处可获取较高的定位精度，收发机之间水平距离500m，垂直距离1000m范围内定位误差小于2m。此外，它不需要高阶的窄带滤波计算和上千次的迭代路径损耗计算，便于实现。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于信号方向的磁感应透地定位方法，其特征在于：

磁感应信号发射机为水平放置在地下的单轴环形通电线圈；

磁感应信号接收机为放置在地面上的两个三轴正交感应式磁芯线圈；其中，三轴正交感应式磁芯线圈的一个轴垂直于水平地面，另外两个轴平行于水平地面；

在单轴环形通电线圈中通正弦电流，正弦电流激发的准静态磁场分别在三轴正交感应式磁芯线圈的两端产生感应电压信号；根据三轴正交感应电压信号的强度确定磁感应透地定位信号的方向和强度；

将平行于地面的二个轴的感应电压信号进行矢量叠加，叠加信号所在直线经过单轴环形通电线圈的中轴线与地面的交点；

在两个所述三轴正交感应式磁芯线圈和所述交点构成的三角形中，计算所述交点与轴正交感应式磁芯线圈之间的距离，完成水平定位；

在接收机、发射机以及所述交点构成的直角三角形中，确定发射机所在的顶角和磁感应透地定位信号的和矢量与地面的夹角之间的对应关系，计算出所述交点与发射机间的距离，实现垂直定位。

2.根据权利要求1所述的基于信号方向的磁感应透地定位方法，其特征在于：以单轴环形通电线圈的中心点为坐标原点建立球坐标系，则磁感应透地定位信号的信号强度为：

其中，n表示单轴环形通电线圈的匝数，r′表示接收机三轴正交感应式磁芯线圈的中心点与单轴环形通电线圈的中心点间的距离，θ表示三轴正交感应式磁芯线圈的中心点与单轴环形通电线圈的中心点的连线与单轴环形通电线圈的中心轴间的夹角，σ表示大地介质的电导率，μ₀表示大地介质的磁导率，R表示单轴环形通电线圈的半径；

发射机线圈电流为I＝I₀*sinωt，其中ω表示电流角频率，t表示时间，则

其中，n₀(t)表示磁感应透地定位信号中的频谱上随机分布的地磁噪声。

3.根据根据权利要求2所述的基于信号方向的磁感应透地定位方法，其特征在于：透地定位信号的水平分量均经过单轴环形通电线圈的中轴线与地面的交点，在两个接收机和所述交点构成的三角形中，测量地面上两个接收机之间的距离以及这两个接收机所在顶角的角度，根据正弦定理计算出所述交点与接收机之间的距离，完成水平定位。

4.根据权利要求2所述的基于信号方向的磁感应透地定位方法，其特征在于：在接收机、发射机以及所述交点构成的直角三角形中，将磁感应透地定位信号强度进行矢量分解，获取B的水平分量和垂直分量计算θ，结合接收机与所述交点间的距离，通过正切计算可获得发射机的垂直深度z，完成垂直定位。

5.根据权利要求4所述的基于信号方向的磁感应透地定位方法，其特征在于：若忽略地磁噪声的影响，式(2)中透地定位信号强度峰值为

对式(3)中的B进行矢量分解；首先将B在球坐标系中分解为沿r轴的分量和沿θ轴的分量，再将上述两个分量分别沿着z轴和H1轴进行矢量分解，得出B的水平分量B_H1和垂直分量B_Z1：

6.根据权利要求5所述的基于信号方向的磁感应透地定位方法，其特征在于：将式(4)中的两式相除，可得

则，θ的值为：

7.根据权利要求6所述的基于信号方向的磁感应透地定位方法，其特征在于：

在球坐标系中θ的取值范围为0-π，而

为负值，不在θ的取值范围内；因此，

则发射机离地面的深度为：

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