RU2069374C1 - Method of vector magnetic measurements - Google Patents
Method of vector magnetic measurements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2069374C1 RU2069374C1 SU4943688A RU2069374C1 RU 2069374 C1 RU2069374 C1 RU 2069374C1 SU 4943688 A SU4943688 A SU 4943688A RU 2069374 C1 RU2069374 C1 RU 2069374C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carrier
- kmi
- magnetic
- angular
- values
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области магнитных измерений и предназначено для поисков и разведки полезных ископаемых и магнитного картографирования. The invention relates to the field of magnetic measurements and is intended for the search and exploration of minerals and magnetic mapping.
Известен способ магнитных измерений, [1] включающий измерение параметров магнитной индукции на различных курсах при периодических эволюциях носителя по углам продольного и поперечного кренов, одновременное измерение углов и угловой частоты кренов, определение коэффициентов помех постоянного и индуктивного намагничивания носителя и помех вихревых токов, а также компенсацию помех носителя с помощью компенсационных колец, питаемых сигналами с выхода вспомогательного компонентного магнитометра. A known method of magnetic measurements, [1] including measuring the parameters of magnetic induction at different courses with periodic evolution of the carrier along the angles of longitudinal and transverse rolls, simultaneous measurement of angles and angular frequency of rolls, determination of interference coefficients of constant and inductive magnetization of the carrier and eddy current interference, as well compensation of carrier noise by means of compensation rings fed by signals from the output of the auxiliary component magnetometer.
Недостаток этого известного способа состоит в невысокой точности. Только часть магнитных помех носителя может быть определена раздельно, большинство составляющих помех может быть определено только в виде суммы или в виде разности. Этого не достаточно для снижения помех носителя при векторных измерениях. The disadvantage of this known method is its low accuracy. Only a part of the magnetic interference of the carrier can be determined separately, most of the components of the interference can be determined only as a sum or as a difference. This is not enough to reduce carrier noise in vector measurements.
Цель изобретения повышение точности. The purpose of the invention is improving accuracy.
Указанная цель достигается тем, что в способе векторных магнитных измерений, включающем предварительные развороты носителя по курсу с колебаниями по углам продольного и поперечного кренов, одновременное измерение и запоминание трех взаимно ортогональных КМИ в системе координат носителя, а также угловых координат и угловых скоростей носителя, определение и запоминание КМИ ПП и коэффициентов индуктивных и вихревых помех носителя путем разложения измеренных КМИ по системе функций, включающей функции угловых координат и угловых скоростей носителя, измерение и запоминание тех же параметров на рабочем маршруте и определение КМИ магнитного поля Земли путем разложения КМИ по той же системе функций при известных значениях КМИ ПП и коэффициентов помех носителя, дополнительно при длительном движении по маршруту измеряют и запоминают те же параметры в процессе рыскания носителя по курсу и колебаний по углам продольного и поперечного кренов, в процессе обработки информации определяют приращения КМИ ПП носителя, корректируют ранее полученные их значения и определяют КМИ магнитного поля Земли при откорректированных значениях КМИ ПП носителя. This goal is achieved by the fact that in the method of vector magnetic measurements, including preliminary turns of the carrier along the course with fluctuations in the angles of longitudinal and transverse rolls, simultaneous measurement and storage of three mutually orthogonal KMI in the coordinate system of the carrier, as well as the angular coordinates and angular velocities of the carrier, determination and storing KMI SP and coefficients of inductive and vortex noise of the carrier by expanding the measured KMI in a system of functions, including the functions of angular coordinates and angular velocities th carrier, measuring and storing the same parameters on the working route and determining the KMI of the Earth’s magnetic field by decomposing the KMI in the same system of functions with known values of the KMI PP and carrier noise factors, in addition, during long-term movement along the route, the same parameters are measured and stored in the process yaw of the carrier along the course and fluctuations in the angles of the longitudinal and transverse rolls, in the process of processing the information, determine the increments of the KMI of the medium of the carrier, correct their previously obtained values and determine the KMI of magnesium Earth's field at the corrected values of the KMI PP of the carrier.
На фиг. 1 представлена функциональная схема одного из возможных вариантов устройства для реализации способа; на фиг. 2 системы координат. In FIG. 1 shows a functional diagram of one of the possible variants of the device for implementing the method; in FIG. 2 coordinate systems.
Устройство содержит трехкомпонентный магнитометр 1, инерциальную навигационную систему 2, блок датчиков угловых скоростей 3, ЭВМ 4 и блок синхронизации 5. The device comprises a three-component magnetometer 1, an inertial navigation system 2, a block of angular velocity sensors 3, a
Выходы трехкомпонентного магнитометра 1, инерциальной навигационной системы 2 и блока датчиков угловых скоростей 3 соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами ЭВМ 4. Синхронизирующие входы блоков 1-4 соединены с выходом блока синхронизации 5. The outputs of the three-component magnetometer 1, inertial navigation system 2 and the block of angular velocity sensors 3 are connected, respectively, with the first, second and third inputs of the
Трехкомпонентный магнитометр 1 (фиг. 1), выполненный в виде трехкомпонентного цифрового феррозондового магнитометра, установлен на носителе так, что его измерительные оси параллельны осям координат ОХYZ носителя (см. фиг. 2). С выхода трехкомпонентного магнитометра 1 на первый вход ЭВМ 4 поступают электрические сигналы в виде кодов КМИ Bх, By и Bz. Одновременно с выхода инерциальной навигационной системы 2 на второй вход ЭВМ 4 поступают сигналы в виде кодов угловых координат носителя относительно географической системы координат Olmn. Блок датчиков угловых скоростей, выполненный в виде трех поплавковых гиротахометров, измерительные оси которых ориентированы параллельно осям координатам X, Y, Z носителя, формируют электрические сигналы в виде напряжений, пропорциональных компонентам угловой скорости носителя ωx, ωy и ωz, которые после преобразования в коды поступают на третий вход ЭВМ 4.The three-component magnetometer 1 (Fig. 1), made in the form of a three-component digital fluxgate magnetometer, is mounted on the carrier so that its measuring axes are parallel to the coordinate axes of the OXYZ carrier (see Fig. 2). From the output of the three-component magnetometer 1, the electrical signals in the form of KMI codes Bx, By and Bz are received at the first input of the
Рассмотрим математические соотношения, положенные в основу способа. Consider the mathematical relationships underlying the method.
Измеряемое на носителе магнитное поле представляет собой сумму магнитного поля Земли и магнитного поля носителя, обусловленного постоянным и индуктивным намагничением ферромагнитных масс и магнитным полем вихревых токов:
(1)
Здесь: вектор магнитной индукции постоянного поля носителя /Bрх, Bpy, Bpz/;
В вектор магнитной индукции магнитного поля Земли /Bl, Bm, Bn/;
А матрица преобразования из географической системы координат Olmn в систему координат носителя;
Е единичная диагональная матрица;
D матрица тензора индуктивных коэффициентов dij;
F матрица тензора вихревых коэффициентов fij.Measured on the carrier magnetic field represents the sum of the Earth’s magnetic field and the carrier’s magnetic field, due to the constant and inductive magnetization of the ferromagnetic masses and the eddy currents magnetic field:
(one)
Here: vector of the magnetic induction of a constant field of the carrier / Br, Bpy, Bpz /;
In the vector of magnetic induction of the Earth's magnetic field / B l , B m , B n /;
And the transformation matrix from the geographical coordinate system of Olmn to the coordinate system of the carrier;
E is the unit diagonal matrix;
D matrix of the tensor of inductive coefficients dij;
F is the matrix of the vortex coefficient tensor fij.
Cоответствующее выражение для КМИ может быть представлено зависимостью (2):
(2)
В этой зависимости элементы аju матрицы А и их производные по времени суммируются по индексам j и u c весовыми коэффициентами С и С', заданными соотношением (3):
C
Здесь: Bu КМИ магнитного поля Земли в географической системе координат /Bl, Bm и Bп/;
Cij, dij, fij элементы матриц Е, D и F.The corresponding expression for the KMI can be represented by the dependence (2):
(2)
In this dependence, the elements a ju of the matrix A and their derivatives with respect to time are summed over the indices j and uc by the weighting coefficients C and C 'given by the relation (3):
C
Here: Bu KMI of the Earth's magnetic field in the geographical coordinate system / B l , B m and B p /;
C ij , d ij , f ij elements of the matrices E, D and F.
Содержание способа составляют следующие операции и их последовательность. The content of the method consists of the following operations and their sequence.
1. Предварительные развороты по курсу с колебаниями по углам продольного и поперечного кренов с одновременным измерением и запоминанием трех взаимно ортогональных КМИ в системе координат носителя, а также угловых координат и угловых скоростей носителя. 1. Preliminary turns on the course with fluctuations in the angles of the longitudinal and transverse rolls with simultaneous measurement and storage of three mutually orthogonal KMI in the coordinate system of the carrier, as well as the angular coordinates and angular velocities of the carrier.
2. Определение и запоминание КМИ ПП и коэффициентов индуктивных и вихревых помех носителя путем разложения измеренных КМИ по системе функций, включающей функции угловых координат и угловых скоростей носителя. 2. Determination and memorization of the KMI PP and the coefficients of inductive and vortex noise of the carrier by expanding the measured KMI in a system of functions, including the functions of the angular coordinates and angular velocities of the carrier.
3. Измерение и запоминание параметров согласно п. 1 на рабочем маршруте. 3. Measurement and storage of parameters according to paragraph 1 on the working route.
4. Определение КМИ магнитного поля Земли путем разложения КМИ по той же системе функций при известных значениях КМИ ПП и коэффициентов помех носителя. 4. Determination of the KMI of the Earth's magnetic field by decomposing the KMI according to the same system of functions with known values of the KMI PP and carrier interference coefficients.
5. Измерение и запоминание параметров согласно п. 1 на рабочем маршруте в процессе рыскания носителя по курсу и колебаний по углам продольного и поперечного кренов. 5. Measurement and storage of parameters according to paragraph 1 on the working route in the process of yawing the carrier at the heading and fluctuations in the angles of the longitudinal and transverse rolls.
6. Определение приращений КМИ ПП носителя и корректировка ранее полученных значений. 6. The determination of increments KMI PP media and the adjustment of previously obtained values.
7. Определение КМИ магнитного поля Земли при откорректированных значениях КМИ ПП и коэффициентов помех носителя. 7. Determination of the KMI of the Earth's magnetic field with the corrected values of the KMI PP and carrier interference factors.
В качестве конкретного примера реализации способа рассмотрим принцип действия устройства для его осуществления. As a specific example of the implementation of the method, we consider the principle of the device for its implementation.
По команде оператора начинается разворот носителя по курсу с одновременными колебаниями по углам продольного и поперечного кренов. Одновременно через блок синхронизации 5 оператор включает ЭВМ 4 в режим сбора информации. Через фиксированные промежутки времени по сигналам блока синхронизации 5 на входы ЭВМ синхронно поступают коды значений КМИ Вх, By и Bz, значения угловых координат и угловых скоростей носителя ωx, ωy и ωz и заносятся в блок памяти ЭВМ. После разворота носителя по курсу на 360o предварительная операция 1 сбора и запоминания информации завершается и по команде блока синхронизации ЭВМ переключается в режим определения и запоминания коэффициентов помех (операция 2). В соответствии с полученной информацией по программе, записанной в память ЭВМ, составляется система уравнений (4):
(4)
K 1,2,n,
cвободными числами которой служат измеренные значения КМИ, а элементы матриц вычисляются в соответствии с измеренными угловыми координатами и угловыми скоростями. Общее число измерений существенно превышает число неизвестных, и переопределенная система уравнений (4) решается на основе метода наименьших квадратов. В результате решения определяются КМИ ПП носителя Bpi, а также значения коэффициентов , после чего составляются системы уравнений (5):
и в результате решения этой системы уравнений по методу наименьших квадратов определяются коэффициенты индуктивных и вихревых помех dij и fij, а также КМИ в географической системе координат Bl, Bm, Bn. Значения КМИ ПП носителя Bpi, а также значения индуктивных и вихревых коэффициентов заносятся в память ЭВМ, и на этом операция 2 завершается.At the operator’s command, the carrier begins to turn heading with simultaneous fluctuations in the angles of the longitudinal and transverse rolls. At the same time, through the synchronization unit 5, the operator turns on the
(4)
K 1,2, n,
the free numbers of which are the measured values of the KMI, and the elements of the matrices are calculated in accordance with the measured angular coordinates and angular velocities. The total number of measurements significantly exceeds the number of unknowns, and the overdetermined system of equations (4) is solved on the basis of the least squares method. As a result of the decision, the KMI of the carrier medium Bp i , as well as the values of , after which the systems of equations (5) are compiled:
and as a result of solving this system of equations using the least squares method, the coefficients of inductive and vortex noise dij and fij are determined, as well as the KMI in the geographical coordinate system B l , B m , B n . The values of the KMI PP of the carrier Bp i , as well as the values of the inductive and vortex coefficients, are recorded in the computer memory, and this completes the operation 2.
В процессе векторных измерений на рабочем маршруте, на небольшом участке маршрута, в пределах которого вектор магнитной индукции магнитного поля Земли можно считать неизменным, по сигналу блока синхронизации выполняются синхронные измерения КМИ Вх, By и Bz, угловых координат и угловых скоростей носителя, и измеренные значения с интервалами времени, заданными блоком синхронизации, заносятся в память ЭВМ. Эта третья операция аналогична операции 1. Отличие состоит в том, что измерения выполняются в процессе движения по заданному маршруту. Минимально необходимое число измерений равно единице. Для снижения влияния случайных погрешностей число измерений может быть увеличено до десятков, при этом необходимо, чтобы протяженность участка маршрута не превышала установленного предела с учетом градиента магнитной индукции. После завершения операции 3 блок синхронизации переключает ЭВМ в режим определения КМИ магнитного поля Земли (операция 4). По программе, записанной в памяти ЭВМ, в соответствии с информацией, полученной в процессе выполнения третьей операции, составляется система уравнений (4) при известных значениях КМИ постоянного поля носителя и известных значениях индуктивных и вихревых коэффициентов с учетом зависимости (3). В результате решения системы уравнений (4) на основе метода наименьших квадратов на выходе ЭВМ, являющемся выходом всего устройства, формируются коды КМИ магнитного поля Земли Bl, Bm и Вn в географической системе координат, свободные от магнитных помех носителя. На этом операция 4 завершается. При дальнейшем движении по маршруту операции 3 и 4 повторяются с периодичностью, заданной блоком синхронизации.In the process of vector measurements on the working route, on a small portion of the route, within which the magnetic flux density vector of the Earth’s magnetic field can be considered unchanged, synchronous measurements of the CMI B x , B y and B z , angular coordinates and angular velocities of the carrier are performed according to the signal and the measured values at time intervals specified by the synchronization unit are recorded in the computer memory. This third operation is similar to operation 1. The difference is that the measurements are performed during movement along a given route. The minimum number of measurements required is one. To reduce the influence of random errors, the number of measurements can be increased to tens, while it is necessary that the length of the route does not exceed the established limit, taking into account the gradient of magnetic induction. After completion of operation 3, the synchronization unit switches the computer to the determination mode of the KMI of the Earth’s magnetic field (operation 4). According to the program recorded in the computer memory, in accordance with the information obtained during the third operation, a system of equations (4) is compiled for the known values of the KMI of the constant field of the carrier and the known values of inductive and vortex coefficients taking into account dependence (3). As a result of solving the system of equations (4) on the basis of the least squares method, the computer output, which is the output of the entire device, generates KMI codes of the Earth’s magnetic field B l , B m and B n in the geographic coordinate system, free of carrier magnetic interference. This completes the
Если за время после выполнения операций 1 и 2 изменился состав грузов носителя, произошли переключения электрооборудования или носитель длительное время движется одним курсом, возникают изменения КМИ ПП носителя и погрешности магнитных измерений возрастают. В целях снижения погрешностей непосредственно на рабочем маршруте выполняют измерения и запоминают информацию аналогично операции 3 в процессе рыскания носителя по курсу и колебаний по углам продольного и поперечного кренов в пределах единиц градусов /операция 5/. После завершения операции блок синхронизации переключает ЭВМ в режим определения приращений КМИ ПП носителя и корректировки ранее измеренных значений /операция 6/. По программе, записанной в памяти ЭВМ, в соответствии с информацией, записанной при выполнении 5-й операции, составляется система уравнений (4) при известных значениях индуктивных и вихревых коэффициентов, причем КМИ ПП представляются в виде суммы КМИ Bpi, хранящихся в памяти ЭВМ, и неизвестных приращений КМИ ΔBpi 6
(6)
K 1,2,n
В результате решения системы уравнений (6) на основе метода наименьших квадратов определяются приращения КМИ постоянного поля носителя ΔBpi и в память ЭВМ заносится откорректированные с учетом измеренных приращений значения КМИ ПП носителя.If, after the execution of operations 1 and 2, the composition of the carrier’s cargoes has changed, electrical equipment has been switched over or the carrier has been moving along the same course for a long time, there will be changes in the KMI of the carrier’s media and the errors of magnetic measurements will increase. In order to reduce errors directly on the working route, measurements are taken and information is stored in the same way as operation 3 in the process of yawing the carrier along the course and fluctuations in the angles of the longitudinal and transverse rolls within units of degrees / operation 5 /. After the operation is completed, the synchronization unit switches the computer to the mode of determining increments of the KMI of the carrier medium and adjusting previously measured values / operation 6 /. According to the program recorded in the computer memory, in accordance with the information recorded during the 5th operation, a system of equations (4) is compiled for the known values of inductive and vortex coefficients, and KMI PP are represented as the sum of KMI Bp i stored in the computer memory , and unknown KMI increments ΔB pi 6
(6)
K 1,2, n
As a result of solving the system of equations (6) on the basis of the least squares method, the increments of the KMI of the constant field of the carrier ΔB pi are determined and the values of the KMI of the carrier are corrected taking into account the measured increments.
В процессе дальнейшего движения по рабочему маршруту выполняются измерения КМИ магнитного поля Земли при откорректированных значениях КМИ ПП носителя /операция 7/. Эта операция выполняется аналогично операциям 3 и 4. In the process of further movement along the working route, measurements of the KMI of the Earth’s magnetic field are carried out with the corrected values of the KMI PP of the carrier / operation 7 /. This operation is performed similarly to
Если в процессе магнитной съемки изменился маршрут носителя или требуется проконтролировать изменения магнитного поля носителя, то операции 5 и 6 повторяют и снова осуществляют корректировку КМИ ПП носителя. If the media path has changed during the magnetic survey or it is necessary to control changes in the magnetic field of the carrier, then steps 5 and 6 are repeated and the KMI PP of the carrier is again corrected.
В результате этих операций снижаются погрешности, обусловленные изменениями магнитного поля носителя, причем для этого не требуется повторения полного цикла трудоемких измерений подготовительной /первой/ операции в районе с малым уровнем градиента. As a result of these operations, errors due to changes in the magnetic field of the carrier are reduced, and this does not require repeating the full cycle of labor-intensive measurements of the preparatory / first / operation in the area with a low gradient level.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4943688 RU2069374C1 (en) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | Method of vector magnetic measurements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4943688 RU2069374C1 (en) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | Method of vector magnetic measurements |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2069374C1 true RU2069374C1 (en) | 1996-11-20 |
Family
ID=21578381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4943688 RU2069374C1 (en) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | Method of vector magnetic measurements |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2069374C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2145718C1 (en) * | 1999-01-21 | 2000-02-20 | НПО измерительной техники | Method for diagnosing abnormal operating conditions of jet engines |
| CN104199115A (en) * | 2014-09-18 | 2014-12-10 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | Method for comprehensively compensating geomagnetic vector measurement error on basis of linear model |
| CN104459828B (en) * | 2014-12-08 | 2017-05-31 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | Based on the non-aligned bearing calibration of earth magnetism vector system around method of principal axes |
-
1991
- 1991-04-04 RU SU4943688 patent/RU2069374C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Сборник "Геофизическое приборостроение".- Л.: 1960, вып. 7, с. 44 - 68. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2145718C1 (en) * | 1999-01-21 | 2000-02-20 | НПО измерительной техники | Method for diagnosing abnormal operating conditions of jet engines |
| CN104199115A (en) * | 2014-09-18 | 2014-12-10 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | Method for comprehensively compensating geomagnetic vector measurement error on basis of linear model |
| CN104199115B (en) * | 2014-09-18 | 2016-09-21 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | A kind of earth magnetism vector measurement error synthesis compensation method based on linear model |
| CN104459828B (en) * | 2014-12-08 | 2017-05-31 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | Based on the non-aligned bearing calibration of earth magnetism vector system around method of principal axes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4427943A (en) | Apparatus and method for locating and tracking magnetic objects or sources | |
| US3849636A (en) | Method and apparatus for determining the position of a vehicle | |
| Nelson | Calculation of the magnetic gradient tensor from total field gradient measurements and its application to geophysical interpretation | |
| CN101477211B (en) | Magnetic anomaly detection system | |
| CN106546235A (en) | A kind of locating magnetic objects method compensated based on carrier | |
| US5543714A (en) | Three dimensional magnetic mapping process and apparatus with data filtering using an inverse computation | |
| US2501598A (en) | Magnetic method of pipe-line inspection | |
| US6816435B2 (en) | Method for estimating the position of a drill | |
| RU2069374C1 (en) | Method of vector magnetic measurements | |
| JP3635092B2 (en) | Method for stabilizing the direction indication by a magnetic compass | |
| RU2440592C2 (en) | Marine gravimetric survey method | |
| RU2075759C1 (en) | Process of determination of magnetic parameters on moving object | |
| RU2085850C1 (en) | System of course and vertical and method determining magnetic course | |
| US4812759A (en) | Method for measuring and correcting the induced magnetization in a nautical vessel | |
| Jordan | Moving-base gravity gradiometer surveys and interpretation | |
| RU2131029C1 (en) | Method of determination of azimuth, zenith angle and angle of dip | |
| GB2200463A (en) | Determination of position magnetically | |
| RU2324207C1 (en) | Method of determining acceleration due to gravity of moving object and apparatus for its determination | |
| RU2365877C1 (en) | Method for definition of magnet deviation on movable object | |
| SU1670637A1 (en) | Method of measuring magnetic induction vector projections from a moving platform and the device for its implementation | |
| RU2236029C1 (en) | Device for measuring flux density of geomagnetic field from mobile object | |
| RU2686855C1 (en) | Gradiometric method of magnetic survey and device for its implementation | |
| RU2204851C1 (en) | Device for measuring flux density of mobile-object geomagnetic field | |
| RU2796372C1 (en) | Method for determining magnetic deviation on a moving object | |
| Yamazaki et al. | Spreading mode of the West Caroline Basin deduced from magnetic vector anomalies |