一种用于半航空电磁系统姿态误差抵消的装置及处理方法

本发明涉及磁场测量，特别涉及一种用于半航空电磁系统姿态误差抵消的装置及处理方法。

背景技术：

1、半航空电磁探测方法能够应用于地形复杂区域探测，且具备大深度快速探测的优势，但由于被测垂直磁场分量信号微弱，且随收发距增大快速衰减，系统的信噪比较低，导致系统有效探测深度和探测范围受限。因此，提高系统信噪比对于提升系统探测深度和精度至关重要，其中的关键技术之一在于尽可能地降低接收系统的噪声水平。

2、半航空电磁探测系统的主要噪声来源是接收系统移动测量过程中在接收线圈中引入的运动噪声。线圈运动过程中姿态变化，导致线圈在被测磁场方向上等效接收面积发生变化，并引入远大于被测垂直磁场分量的水平磁场分量而引入姿态误差。针对姿态误差，现有技术中航空频率域电磁探测数据姿态校正方法，提出了一种基于“三轴姿态测量+视电阻率迭代计算”的姿态校正方法，在一定程度上校正了姿态误差。但是，该方法以“一维大地电性模型中，姿态偏转后的响应磁场随电阻率单调变化”假设为前提，对三维异常探测数据的姿态误差校正效果不明，且未能从根本上解决半航空系统的磁场姿态误差问题。所以现有技术中存在如下技术问题：

3、1、现有运动噪声去除方法一般针对时间域系统或特定来源的噪声加以处理，对半航空电磁系统中同频运动噪声(探测频率与姿态误差同频)无能为力。

4、2、现有姿态误差校正方法对三维异常探测数据的姿态误差校正效果不明，且未能从根本上解决半航空系统的磁场姿态误差问题。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中所存在的问题，本发明提供一种用于半航空电磁系统姿态误差抵消的装置及处理方法，能够减小系统姿态误差影响，提升磁场测量的精度。

2、为了实现上述技术目的，本发明提供了如下技术方案：一种用于半航空电磁系统姿态误差抵消的装置，包括：

3、测量线圈、抵消线圈、逻辑控制装置及姿态调整器件；

4、其中抵消线圈设置于测量线圈的不同方向上，且同一方向上相互对称设置的抵消线圈为一组抵消线圈对，其中抵消线圈对由一个可调抵消线圈和一个固定抵消线圈组成，其中姿态调整器件与可调抵消线圈连接且与可调抵消线圈套接在测量线圈上，固定抵消线圈固定于测量线圈上；逻辑控制装置与姿态调整器件连接用于控制姿态调整器件调整可调抵消线圈的姿态。

5、可选的，姿态调整结构采用微型电机，其中微型电机绝缘固定于测量线圈上，并设置于可调抵消线圈中心处。

6、可选的，测量线圈及抵消线圈为轴对称形状的线圈。

7、为了更好的实现上述技术目的，本发明还提供了一种半航空电磁系统姿态误差抵消处理方法，包括：

8、获取测量线圈磁感应强度和变化的姿态角；

9、基于测量线圈变化的姿态角，对可调抵消线圈的姿态角进行调整；基于姿态角调整后的抵消线圈对获取抵消线圈磁感应强度；基于抵消线圈磁感应强度计算得到测量线圈的姿态误差数据；基于测量线圈磁感应强度与姿态误差数据得到姿态误差抵消的测量线圈磁感应强度。

10、可选的，测量线圈变化的姿态角获取过程包括：

11、在测量线圈处于完全水平的状态下，构建初始坐标系；在测量线圈姿态变化过程中，实时构建旋转坐标系，根据初始坐标系及旋转坐标系计算得到测量线圈不同方位变化的姿态角，其中测量线圈变化的姿态角包括偏航角、俯仰角及横滚角。

12、可选的，获取的测量线圈磁感应强度br为：

13、

14、其中，r为整体旋转矩阵，bx表示x方向的真实磁感应强度，by表示y方向的真实磁感应强度，bz表示z方向的真实磁感应强度，c代表余弦函数cos，s代表正弦函数sin，表示偏航角；表示俯仰角；表示横滚角，δbr为姿态误差数据。

15、可选的，对可调抵消线圈的姿态角进行调整的过程包括：

16、基于测量线圈变化的姿态角，调整抵消线圈的姿态角，其中，当抵消线圈对所在方位为x方向，则通过姿态调整器件调整可调抵消线圈的俯仰角，调整过程中可调抵消线圈与测量线圈俯仰角度绝对值相同但方向相反，固定抵消线圈与测量线圈俯仰角的绝对值及方向均相同，当抵消线圈对所在方位为y方向，则调整可调抵消线圈的横滚角，调整过程中可调抵消线圈与测量线圈横滚角度绝对值相同但方向相反，固定抵消线圈与测量线圈俯仰角的绝对值及方向均相同。

17、可选的，计算得到姿态误差数据δbr的过程为：

18、

19、其中δbr1为x方向的抵消线圈对实测磁感应强度偏差，δbr2为y方向的抵消线圈对实测磁感应强度偏差。

20、本发明具有如下技术效果：

21、本发明针对单分量半航空电磁探测系统的姿态误差问题，提出一种基于对称抵消线圈组的半航空电磁探测系统姿态误差抵消方法及装置。利用随测量线圈同步的单自由度对称偏转抵消线圈对，测量系统中线圈运动姿态偏转引入的姿态误差，并结合抵消算法加以去除，进而减小系统姿态误差影响，增大被测垂直磁场分量的信噪比，提升系统的探测精度，扩展系统的有效探测深度和范围。

技术特征：

1.一种用于半航空电磁系统姿态误差抵消的装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

4.基于权利要求1-3任一项所述的用于半航空电磁系统姿态误差抵消的装置的处理方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种用于半航空电磁系统姿态误差抵消的装置及处理方法，该方法包括，基于所述测量线圈变化的姿态角，对所述可调抵消线圈的姿态角进行调整；基于姿态角调整后的抵消线圈对获取抵消线圈磁感应强度；基于所述抵消线圈磁感应强度计算得到测量线圈的姿态误差数据；基于所述测量线圈磁感应强度与所述姿态误差数据得到姿态误差抵消的测量线圈磁感应强度。

技术研发人员：康利利,王中兴,刘志尧,张天信
受保护的技术使用者：中国科学院地质与地球物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13