CN111077595B - 一种超导磁测系统角度误差的校正方法及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超导磁测系统角度误差的校正方法及存储介质，采用一套磁测装置来确定全张量磁梯度测量组件与组合惯导之间的角度安装误差，所述方法包括：利用总场探测器获取外界磁场总场；根据所述外界磁场总场，对三轴磁强计磁场进行校正，获得校正后的三轴磁强计的磁场分量信息；将所述三轴磁强计的磁场分量信息与地球磁场模型信息进行对比，获得三轴磁强计的磁场姿态信息；将组合惯导获取的姿态信息与所述三轴磁强计的磁场姿态信息进行对比，即可获得两组姿态间的目标安装误差；根据所述目标安装误差值进行角度安装误差的校正。本校正方法简单、精准度高，特别适合在实际的超导磁测量领域中应用。

Description

一种超导磁测系统角度误差的校正方法及存储介质
技术领域
本发明涉及超导磁测系统技术领域，尤其是涉及一种超导磁测系统角度误差的校正方法及存储介质。
背景技术
航空超导全张量磁梯度测量系统是通过在航空平台上搭载磁测设备，利用飞行过程中获取的由磁性矿产资源引起的地磁异常信息，从而实现对地下磁性矿体高效率、高精度的三维定位，并获取他们的空间分布信息。它具有速度快、效率高、不受测区条件限制和地形起伏影响等优点，是进行资源普查和筛选找矿靶区的重要手段之一。由超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device,SQUID)构建的全张量磁梯度探测系统，较传统的磁测技术，具有明显的优势，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主要由飞行平台、悬吊与吊舱子系统以及全张量测量子系统三大部分组成，其中全张量磁梯度测量组件与组合惯导属于全张量测量子系统。通常为了将实际测量数据从载体坐标系转换到地理坐标系，需要精确知道全张量梯度测量组件的姿态信息，其姿态信息可以通过安装高精度惯导系统来获取；但由于全张量磁梯度测量组件与组合惯导之间存在安装误差，这种安装误差目前只能通过肉眼进行校准，因而通过组合惯导获取的姿态信息会存在较大误差，影响姿态投影的精确性，进而影响系统测量和反演的准确性。
为了解决所述安装误差的标定问题，现有技术中也可以基于亥姆赫兹标定线圈进行安装误差的标定。但是由于标定线圈通常建设在室内环境，而惯导系统需要在旷野环境下才能正常工作，因而使用场景受限。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明提供一种超导磁测系统的全张量磁梯度测量组件与组合惯导间姿态角度安装误差的校正方法及存储介质。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一方面，提供一种超导磁测系统角度误差的校正方法，所述方法采用一套磁测装置来确定全张量磁梯度测量组件与组合惯导之间的角度安装误差，所述磁测装置包括，一个全张量磁梯度测量组件、一个总场探测器和一个组合惯导；所述全张量磁梯度测量组件包括一个三轴磁强计和一个全张量梯度模块；
所述方法包括：
通过所述总场探测器获取外界磁场总场；
根据所述外界磁场总场，对所述三轴磁强计的磁场进行校正，获得校正后的三轴磁强计的磁场分量信息；
将所述三轴磁强计的磁场分量信息与地球磁场模型信息进行对比，获得所述三轴磁强计的磁场姿态信息；
将所述组合惯导获取的姿态信息与所述三轴磁强计的磁场姿态信息进行对比，获得两组姿态间的目标安装误差值；
根据所述目标安装误差值进行角度安装误差的校正。
进一步地，将所述总场探测器放置于与所述全张量磁梯度测量组件预设距离的位置，将所述组合惯导放置于与所述全张量磁梯度测量组件预设距离的位置，将所述组合惯导放置于与所述总场探测器预设距离的位置。
进一步地，所述总场探测器包括光泵或质子磁强计。
进一步地，将所述全张量磁梯度测量组件放置于无磁杜瓦底部。
进一步地，所述三轴磁强计包括三个超导量子干涉磁强计；所述全张量磁梯度测量组件工作在液氮环境时，所述超导量子干涉磁强计是高温超导量子干涉磁强计；所述全张量磁梯度测量组件工作于液氦环境时，所述超导量子干涉磁强计是低温超导量子干涉磁强计。
进一步地，所述三轴磁强计采集的数据为地球磁场数据。
进一步地，所述三轴磁强计的数据采样率、所述组合惯导的数据采样率和所述总场探测器的数据采样率一致。
进一步地，对所述组合惯导的三轴方位与所述三轴磁强计的三轴方向一致性进行预校准。
进一步地，所述对所述三轴磁强计的磁场进行校正，包括：采用三轴拟合总场方式对所述三轴磁强计的磁场进行校正。
另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序以实现如上述的校正方法。
由于上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
本发明所述的总场探测器输出接近理想总场，利用总场探测器的输出与三轴磁强计的输出，拟合出的总场数据具有高精度特点，从而可以很精确确定超导磁测系统的安装误差；本发明基于运动平台，所有数据为实际飞行数据，能更直接反应真实系统情况。
另外，按本发明提供的方案实现简单，易于操作，不受环境局限，非常适合在实际超导航磁测量领域中应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，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它附图。
图1是本发明实施例超导磁测系统角度误差的校正方法流程图。
图2是本发明实施例超导磁测系统角度误差的校正方法的磁测装置示意图。
其中，图2中附图标记对应为：1-全张量磁梯度测量组件，2-组合惯导，3-光泵磁力仪，4-无磁杜瓦，5-磁强计，6-全张量梯度模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。如图2所示，本发明提供的磁测装置包括，一个全张量磁梯度测量组件1、一个光泵磁力仪3以及一套组合惯导2。所述全张量磁梯度测量组件1包括三轴磁强计和全张量梯度模块6；所述三轴磁强计由三个磁强计5固定于立方体的三个互相垂直的面上构成，所述全张量梯度模块6由多个不共面的梯度计固定于多面体的表面构成。所述全张量磁梯度测量组件1位于悬吊与吊舱子系统的吊舱内，并将其放置于无磁杜瓦4底部。
所述磁强计5是由超导量子干涉器件构成的超导量子干涉磁强计(SQUID磁强计)，是利用约瑟夫森效应设计的极敏感的磁传感器，最高可用于探测10-14T的磁场，是目前为止检测灵敏度最高的磁敏传感器。超导量子干涉器的主要功能是测量磁场，它是利用测量相应的最大超导电流的变化达到测量外界磁通量的微小变化的目的，从而测量出外界磁场。本实施例中，所述SQUID磁强计可以是高温超导量子干涉磁强计，也可以是低温超导量子干涉磁强计。所述全张量磁梯度测量组件1工作在液氦沸点温度4.2K(-269℃)时，使用由低温超导量子干涉器件(低Tc SQUID)构成的磁强计即低温超导量子干涉磁强计；所述全张量磁梯度测量组件1工作在液氮沸点温度77K(-196℃)时，使用由高温超导量子干涉器件(高Tc SQUID)构成的磁强计即高温超导量子干涉磁强计。
无磁杜瓦4作为低温恒温器，用于维持超导量子干涉器件三轴磁强计(SQUID三轴磁强计)的工作温度，是超导技术应用中一个非常重要的方面，目前的超导体，不管是低温(液氦沸点温度4.2K)还是高温(液氮沸点温度77K)都需在低温下才能工作。由于高温超导磁强计是及其敏感的测量磁场的仪器，所以要求在高温超导磁强计系统中尽量使用无磁杜瓦4。
所述无磁杜瓦4通常采用特制的环氧材料制成。这一无磁杜瓦4的外部直径为28cm，高度为70m，内部空间的直径为20cm，高度为67cm。在其他实施例中，所述无磁杜瓦4的尺寸可根据需要变化。
通常，所述全张量磁梯度模块6共有5个独立分量，分别记为Gxx、Gxy、Gxz、Gyy和Gyz。在测量过程中需要对所述各梯度计的测量值进行解算，而解算过程中需要精确知道全张量磁梯度测量组件1的姿态信息，以便将测量数据从载体坐标系转换到地理坐标系。所述姿态信息可以通过安装高精度的组合惯导2获取，为了使获取的所述姿态信息更精准，采用一个总场探测器来测量外界磁场总场变化，给所述SQUID三轴磁强计求取的总场提供参考。
本发明实施例中，采用的是光泵磁力仪3作为总场探测器，在另一实施例中还可以用质子磁强计等设备。光泵磁力仪3能够获取环境磁场标量值，精度可达0.01nT以上，因而可以认为所述光泵磁力仪3采集的数据为理想总场数据。
通过三轴拟合总场方式，以所述光泵磁力仪3的总场信息为参考，对所述SQUID三轴磁强计的输出进行校正，求取所述SQUID三轴磁强计的高精度磁场。使得所述SQUID三轴磁强计校正后的总场数据与所述光泵磁力仪3输出的标准误差能达到0.2nT量级以下，从而达到对所述全张量磁梯度测量组件1与所述组合惯导2之间误差的精准校正。
将所述光泵磁力仪3安装于与所述全张量磁梯度测量组件1距离1m以上距离位置，将所述组合惯导2安装于与所述全张量磁梯度测量组件1距离1m以上距离位置，将所述组合惯导2安装于与所述光泵磁力仪3间隔1m以上距离的位置，以尽可能减少磁场干扰。同时，对所述组合惯导2的Bx2方位与所述三轴磁强计的Bx1方位的一致性进行预校正，在本实施例中采用的是肉眼预校准方式，在其他实施例中也可以采用其他校准方式。
同时，设定超导磁测系统的飞行高度在几百米以上，可以认为所述三轴磁强计的磁传感器采集的数据为地球磁场数据。经过数据重采样，使得所述三轴磁强计数据采样率、所述组合惯导2的数据采样率和所述光泵磁力仪3的数据采样率保持一致。
通过该磁测装置，超导磁测系统角度误差的校正方法流程如图1所示，包括以下步骤：
S1，通过所述光泵磁力仪3获取外界磁场总场；
S2，根据所述光泵磁力仪3的外界磁场总场，对所述三轴磁强计磁场进行校正，获得校正后的三轴磁强计的磁场分量信息；
S3，将所述三轴磁强计的磁场分量信息与地球磁场模型信息进行对比，获得所述三轴磁强计的磁场姿态信息；
S4，将所述组合惯导2获取的姿态信息与所述三轴磁强计的磁场姿态信息进行对比，获得两组姿态间的目标安装误差值；
S5，根据所述目标安装误差值进行角度安装误差的校正。
本发明的实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序以实现上述实施例提供的校正方法。
具体地，所述存储介质存储的校正方法可以采用一套磁测装置来确定全张量磁梯度测量组件与组合惯导之间的角度安装误差，所述磁测装置包括，一个全张量磁梯度测量组件、一个总场探测器和一个组合惯导；所述全张量磁梯度测量组件包括一个三轴磁强计和一个全张量梯度模块；
所述方法包括：
通过所述总场探测器获取外界磁场总场；
根据所述外界磁场总场，对所述三轴磁强计的磁场进行校正，获得校正后的三轴磁强计的磁场分量信息；
将所述三轴磁强计的磁场分量信息与地球磁场模型信息进行对比，获得所述三轴磁强计的磁场姿态信息；
将所述组合惯导获取的姿态信息与所述三轴磁强计的磁场姿态信息进行对比，获得两组姿态间的目标安装误差值；
根据所述目标安装误差值进行角度安装误差的校正。
在一个优选的实施例中，将所述总场探测器放置于与所述全张量磁梯度测量组件预设距离的位置，将所述组合惯导放置于与所述全张量磁梯度测量组件预设距离的位置，将所述组合惯导放置于与所述总场探测器预设距离的位置。
在另一个优选的实施例中，所述总场探测器包括光泵或质子磁强计。
在另一个优选的实施例中，将所述全张量磁梯度测量组件放置于无磁杜瓦底部。
在另一个优选的实施例中，所述三轴磁强计包括三个超导量子干涉磁强计；所述全张量磁梯度测量组件工作在液氮环境时，所述超导量子干涉磁强计是高温超导量子干涉磁强计；所述全张量磁梯度测量组件工作于液氦环境时，所述超导量子干涉磁强计是低温超导量子干涉磁强计。
在另一个优选的实施例中，所述三轴磁强计采集的数据为地球磁场数据。
在另一个优选的实施例中，所述三轴磁强计的数据采样率、所述组合惯导的数据采样率和所述总场探测器的数据采样率一致。
在另一个优选的实施例中，对所述组合惯导的三轴方位与所述三轴磁强计的三轴方向一致性进行预校准。
在另一个优选的实施例中，所述对所述三轴磁强计的磁场进行校正，包括：采用三轴拟合总场方式对所述三轴磁强计的磁场进行校正。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以位于计算机网络的多个网络服务器中的至少一个网络服务器。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (10)

1.一种超导磁测系统角度误差的校正方法，其特征在于，所述方法采用一套磁测装置来确定全张量磁梯度测量组件与组合惯导之间的角度安装误差，所述磁测装置包括，一个全张量磁梯度测量组件、一个总场探测器和一个组合惯导；所述全张量磁梯度测量组件包括一个三轴磁强计和一个全张量梯度模块；
所述方法包括：
通过所述总场探测器获取外界磁场总场；
根据所述外界磁场总场，对所述三轴磁强计的磁场进行校正，获得校正后的三轴磁强计的磁场分量信息；
将所述三轴磁强计的磁场分量信息与地球磁场模型信息进行对比，获得所述三轴磁强计的磁场姿态信息；
将所述组合惯导获取的姿态信息与所述三轴磁强计的磁场姿态信息进行对比，获得两组姿态间的目标安装误差值；
根据所述目标安装误差值进行角度安装误差的校正。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述总场探测器放置于与所述全张量磁梯度测量组件预设距离的位置，将所述组合惯导放置于与所述全张量磁梯度测量组件预设距离的位置，将所述组合惯导放置于与所述总场探测器预设距离的位置。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述总场探测器包括光泵或质子磁强计。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述全张量磁梯度测量组件放置于无磁杜瓦底部。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三轴磁强计包括三个超导量子干涉磁强计；所述全张量磁梯度测量组件工作在液氮环境时，所述超导量子干涉磁强计是高温超导量子干涉磁强计；所述全张量磁梯度测量组件工作于液氦环境时，所述超导量子干涉磁强计是低温超导量子干涉磁强计。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述三轴磁强计采集的数据为地球磁场数据。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三轴磁强计的数据采样率、所述组合惯导的数据采样率和所述总场探测器的数据采样率一致。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对所述组合惯导的三轴方位与所述三轴磁强计的三轴方向一致性进行预校准。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述三轴磁强计的磁场进行校正，包括：采用三轴拟合总场方式对所述三轴磁强计的磁场进行校正。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序以实现如权利要求1-9任一所述的校正方法。
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