RU2168188C1 - Process determining projections of magnetic induction vector of geomagnetic field from mobile object ( versions ) - Google Patents
Process determining projections of magnetic induction vector of geomagnetic field from mobile object ( versions ) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2168188C1 RU2168188C1 RU2000113712/09A RU2000113712A RU2168188C1 RU 2168188 C1 RU2168188 C1 RU 2168188C1 RU 2000113712/09 A RU2000113712/09 A RU 2000113712/09A RU 2000113712 A RU2000113712 A RU 2000113712A RU 2168188 C1 RU2168188 C1 RU 2168188C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- projections
- magnetic induction
- space
- sample
- point
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 157
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims abstract description 136
- 239000013598 vector Substances 0.000 title claims abstract description 131
- 230000005358 geomagnetic field Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 30
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 abstract 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 8
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 5
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 101001001642 Xenopus laevis Serine/threonine-protein kinase pim-3 Proteins 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в магниторазведке для поиска полезных ископаемых, в области космических исследований для измерения магнитного поля околоземного пространства и магнитного поля планет, в магнитной навигации для определения скорости и местоположения судна и т.д. The invention relates to the field of measurement technology and can be used in magnetic prospecting for minerals, in the field of space research to measure the magnetic field of near-Earth space and the magnetic field of planets, in magnetic navigation to determine the speed and location of the vessel, etc.
Известен способ определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта [1]. Способ заключается в измерении в выбранном месте пространства модуля вектора магнитной индукции при отсутствии подвижного объекта, размещении подвижного объекта в упомянутом месте пространства, в изменении, по крайней мере, двух из трех углов курса, крена, тангажа объекта, измерении этих углов в процессе их изменения и определении по измеренным углам направляющих косинусов каждой оси системы координат объекта в опорной системе координат, измерении проекций векторов магнитной индукции синхронно с измерениями углов курса, крена и тангажа, выборе проекций десяти векторов магнитной индукции, при которых направляющие косинусы осей системы координат объекта различны при каждом измерении упомянутых проекций, и определении проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля, коэффициентов Пуассона и проекций постоянного магнитного поля объекта по измеренным модулю вектора магнитной индукции при отсутствии объекта и проекциям десяти векторов магнитной индукции, заданных в виде функций направляющих косинусов измеренных углов курса, крена, тангажа и неизвестных параметров, которыми являются проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат, проекции постоянного магнитного поля объекта и коэффициенты Пуассона объекта. Затем по известным коэффициентам Пуассона, проекциям постоянного магнитного поля объекта и измеренным проекциям вектора магнитной индукции определяют проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат в полевых условиях. A known method for determining projections of the vector of magnetic induction of the geomagnetic field from a moving object [1]. The method consists in measuring a magnetic induction vector module in a selected place in the space in the absence of a moving object, placing a moving object in the said space place, changing at least two of the three angles of the course, roll, pitch of the object, measuring these angles in the process of changing them and the determination of the measured angles of the guiding cosines of each axis of the coordinate system of the object in the reference coordinate system, the measurement of the projections of the magnetic induction vectors in synchronization with the measurements of the course, roll and pitch angles a, choosing the projections of ten magnetic induction vectors, in which the direction cosines of the axes of the object coordinate system are different for each measurement of the said projections, and determining the projections of the geomagnetic field magnetic induction vector, Poisson's ratios and the projections of the constant magnetic field of the object from the measured module of the magnetic induction vector in the absence of the object and projections of ten vectors of magnetic induction, defined as functions of the guiding cosines of the measured heading angles, roll, pitch and unknown ters, which are the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field on the axis of the reference coordinate system, the projections of the constant magnetic field of the object and the Poisson's ratios of the object. Then, using the known Poisson's ratios, the projections of the constant magnetic field of the object and the measured projections of the magnetic induction vector, the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field on the axis of the reference coordinate system in the field are determined.
Коэффициенты Пуассона, обусловленные мягким в магнитном отношении железом объекта, и проекции вектора магнитной индукции, обусловленные жестким в магнитном отношении железом объекта, в течение времени не остаются постоянными, так как являются функциями температуры, изменения ферромагнитной массы подвижного объекта, механических воздействий на объект, в частности, ударов волн о корпус судна, которое может выполнять роль подвижного объекта. Нестабильность в течение времени коэффициентов Пуассона и жесткой намагниченности подвижного объекта приводит к существенной погрешности определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля. Для снижения погрешностей измерения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля известным способом необходимо периодически определять коэффициенты Пуассона и проекции постоянного магнитного поля объекта (проекции вектора магнитной индукции объекта, обусловленные его жесткой намагниченностью). Определение же коэффициентов Пуассона и проекций постоянного магнитного поля объекта связано с изменением и измерением углов курса, крена, тангажа объекта с синхронным измерением проекций векторов магнитной индукции на каждую ось системы координат объекта, а также модуля вектора магнитной индукции при отсутствии объекта, что не всегда возможно осуществить в полевых условиях. Кроме того, для определения коэффициентов Пуассона и проекций постоянного магнитного поля объекта следует выбрать из измеренных проекций векторов магнитной индукции десять векторов магнитной индукции, при которых направляющие косинусы осей системы координат объекта, являющиеся функциями углов курса, крена и тангажа [3], различны. Следовательно, для снижения погрешности определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля известным способом необходимо проводить корректировку коэффициентов Пуассона и проекций постоянного магнитного поля объекта, что требует изменения углового положения объекта, большого количества измерений углов курса, крена, тангажа объекта, измерений и выборе определенных значений проекций векторов магнитной индукции. The Poisson's ratios, due to the magnetically soft iron of the object, and the projections of the magnetic induction vector, due to the magnetically hard iron of the object, do not remain constant over time, as they are functions of temperature, changes in the ferromagnetic mass of a moving object, and mechanical effects on the object, in in particular, shock waves against the hull of the vessel, which can serve as a moving object. The instability over time of the Poisson's ratios and the rigid magnetization of a moving object leads to a significant error in determining the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field. To reduce the measurement errors of the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field in a known manner, it is necessary to periodically determine the Poisson's ratios and the projections of the constant magnetic field of the object (the projections of the magnetic induction vector of the object due to its hard magnetization). The determination of the Poisson's ratios and projections of the constant magnetic field of the object is associated with a change and measurement of the angles of the course, roll, pitch of the object with synchronous measurement of the projections of the magnetic induction vectors on each axis of the coordinate system of the object, as well as the module of the magnetic induction vector in the absence of the object, which is not always possible implement in the field. In addition, to determine the Poisson's ratios and projections of the constant magnetic field of the object, one should choose ten magnetic induction vectors from the measured projections of the magnetic induction vectors, in which the direction cosines of the axes of the object's coordinate system, which are functions of the course, roll, and pitch angles [3], are different. Therefore, to reduce the error in determining the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field in a known manner, it is necessary to adjust the Poisson's ratios and the projections of the constant magnetic field of the object, which requires a change in the angular position of the object, a large number of measurements of course angles, roll, pitch of the object, measurements and the choice of certain projection values magnetic induction vectors.
Известен способ определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта [1, 4], который по совокупности существенных признаков наиболее близок предлагаемому и принят за прототип. Известный способ заключается в изменении, по крайней мере, двух из трех углов курса, крена, тангажа объекта, измерении этих углов в процессе их изменения и определении по измеренным углам направляющих косинусов каждой оси системы координат, измерении проекций векторов магнитной индукции в первой точке пространства, жестко связанной с системой координат объекта, синхронно с измерениями углов курса, крена и тангажа, выборе проекций десяти векторов магнитной индукции, при которых направляющие косинусы осей системы координат объекта различны при каждом измерении упомянутых проекций, размещении во второй точке пространства, жестко связанной с системой координат объекта, образца из мягкого в магнитном отношении железа, коэффициенты Пуассона которого известны в первой точке пространства, вновь изменении, по крайней мере, двух из трех углов курса, крена, тангажа объекта, измерении углов курса, крена, тангажа объекта в процессе их изменения и определении по ним направляющих косинусов каждой оси системы координат объекта в опорной системе координат, измерении проекций векторов магнитной индукции синхронно с измерением углов курса, крена, тангажа, выборе проекций десяти векторов магнитной индукции, по крайней мере, на одну и ту же ось объекта, при которых направляющие косинусы различны при каждом измерении проекций, и определении проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат, коэффициентов Пуассона объекта в первой точке пространства и проекций вектора магнитной индукции, обусловленной жесткой намагниченностью объекта и образца. A known method for determining projections of the magnetic induction vector of a geomagnetic field from a moving object [1, 4], which, by the set of essential features, is closest to the proposed one and adopted as a prototype. The known method consists in changing at least two of the three angles of the course, roll, pitch of the object, measuring these angles in the process of changing them and determining the measured cosines of the guiding cosines of each axis of the coordinate system, measuring the projections of the magnetic induction vectors at the first point in space, rigidly connected with the object’s coordinate system, synchronously with measurements of the course, roll and pitch angles, selecting projections of ten magnetic induction vectors for which the direction cosines of the axes of the object’s coordinate system are different at each measurement of the mentioned projections, placement at the second point of space, rigidly connected with the coordinate system of the object, a sample of magnetically soft iron, the Poisson ratios of which are known at the first point of space, again changing at least two of the three course angles, roll, pitch of the object, measure the angles of the course, roll, pitch of the object in the process of changing them and determine the direction cosines of each axis of the coordinate system of the object in the reference coordinate system, measure the projections of the vectors magnetic induction synchronously with measuring the angles of course, roll, pitch, selecting the projections of ten vectors of magnetic induction on at least the same axis of the object, in which the direction cosines are different for each measurement of the projections, and determining the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field on the axis of the reference coordinate system, the Poisson's ratios of the object at the first point in space, and the projections of the magnetic induction vector due to the rigid magnetization of the object and the sample.
Коэффициенты Пуассона, обусловленные мягким в магнитном отношении железом объекта, и проекции вектора магнитной индукции на оси системы координат объекта, обусловленные жестким в магнитном отношении железом объекта, в течение времени не остаются постоянными, так как являются функциями многих параметров, в частности, температуры, изменения ферромагнитной массы объекта, механических воздействий на объект. Нестабильность в течение времени коэффициентов Пуассона и проекций вектора магнитной индукции, обусловленной жесткой намагниченностью объекта, приводит к существенной погрешности определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля. Для снижения погрешностей измерения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля известным способом необходимо периодически определять коэффициенты Пуассона и проекции вектора магнитной индукции на оси системы координат объекта, обусловленной жесткой намагниченностью объекта, прерывая при этом измерения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля по выбранному направлению подвижного объекта. Определение же коэффициентов Пуассона и проекций вектора магнитной индукции, обусловленной жесткой намагниченностью объекта, связано с изменением и измерением углов курса, крена и тангажа объекта с синхронным измерением проекций десяти векторов магнитной индукции на каждую ось системы координат объекта как при отсутствии, так и при наличии образца из мягкого в магнитном отношении железа. Следовательно, для снижения погрешности определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля известным способом необходимо проводить корректировку коэффициентов Пуассона и проекций вектора магнитной индукции на оси системы координат объекта, обусловленной жесткой намагниченностью объекта, что требует изменения углового положения объекта, измерений и выборе определенных значений проекций векторов магнитной индукции, прерывая при этом измерение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля по выбранному направлению движения объекта. The Poisson's ratios, due to the magnetically soft iron of the object, and the projection of the magnetic induction vector on the axis of the coordinate system of the object, due to the magnetically hard iron of the object, do not remain constant over time, as they are functions of many parameters, in particular, temperature, changes ferromagnetic mass of the object, mechanical effects on the object. The instability over time of the Poisson's ratios and the projections of the magnetic induction vector due to the rigid magnetization of the object leads to a significant error in determining the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field. To reduce the measurement errors of the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field in a known manner, it is necessary to periodically determine the Poisson's ratios and the projections of the magnetic induction vector on the axis of the coordinate system of the object due to the rigid magnetization of the object, while interrupting the measurements of the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field in the selected direction of the moving object. The determination of the Poisson's ratios and the projections of the magnetic induction vector due to the rigid magnetization of the object is associated with a change and measurement of the angles of the heading, roll and pitch of the object with synchronous measurement of the projections of ten vectors of magnetic induction on each axis of the coordinate system of the object, both in the absence and in the presence of a sample soft magnetically iron. Therefore, to reduce the error in determining the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field in a known manner, it is necessary to adjust the Poisson's ratios and the projections of the magnetic induction vector on the axis of the coordinate system of the object, due to the rigid magnetization of the object, which requires a change in the angular position of the object, measurements and the choice of certain values of the projections of the magnetic vectors induction, while interrupting the measurement of the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field according to the selected board the movement of the object.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, исключающего влияние магнитного поля подвижного объекта на определяемые проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля, то есть исключающего влияние на определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля нестабильности как коэффициентов Пуассона, обусловленных мягким в магнитном отношении железом объекта, так и проекций вектора магнитной индукции, обусловленной жестким в магнитном отношении железом объекта, при отсутствии специальных изменений углового положения объекта. Поставленная задача решается за счет измерения углов курса, крена, тангажа объекта относительно опорной системы координат синхронно с измерением проекций векторов магнитной индукции в точке пространства, жестко связанной с системой координат объекта, при изменении положения относительно этой точки пространства образца из мягкого в магнитном отношении железа с известными коэффициентами Пуассона и составляющими вектора магнитной индукции образца в упомянутой точке пространства. The objective of the invention is to develop a method for determining projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field from a moving object, eliminating the influence of the magnetic field of the moving object on the determined projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field, that is, excluding the influence on the determination of the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field of instability as Poisson's ratios the magnetically soft iron of the object, as well as the projections of the magnetic induction vector, caused which is magnetically rigid in the iron of the object, in the absence of special changes in the angular position of the object. The problem is solved by measuring the angles of the course, roll, pitch of the object relative to the reference coordinate system synchronously with the measurement of the projections of the magnetic induction vectors at a point in space, rigidly connected with the coordinate system of the object, when the position relative to this point in the space of the sample is changed from magnetically soft iron with known Poisson's ratios and components of the magnetic induction vector of the sample at the mentioned point in space.
Предлагаемое техническое решение представляет собой два способа для определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, связанных между собой настолько, что они образуют единый изобретательский замысел. The proposed technical solution is two methods for determining the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field from a moving object, so interconnected that they form a single inventive concept.
Предлагаемый способ определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта (по первому варианту) заключается в измерении углов курса, крена, тангажа подвижного объекта относительно опорной системы координат синхронно с измерением проекций вектора магнитной индукции на оси системы координат подвижного объекта в первой точке пространства, в размещении во второй точке пространства образца из мягкого в магнитном отношении железа с известными коэффициентами Пуассона в первой точке пространства и вновь измерении проекций вектора магнитной индукции в первой точке пространства синхронно с измерением углов курса, крена, тангажа подвижного объекта, измерении проекций вектора магнитной индукции в первой точке пространства при наличии образца во второй точке пространства при известных в первой точке пространства проекциях вектора магнитной индукции образца, обусловленной его жесткой намагниченностью и углах курса, крена, тангажа, измеренных синхронно с проекциями вектора магнитной индукции при отсутствии образца, а затем определении проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат из следующих уравнений:
B'x-Bx-Bx0 = (l1a0 + l2b0 + l3c0) • Bxt + (m1a0+ m2b0 + m3c0) • Byt + (n1a0 + n2b0 + n3c0) • Bzt;
B'y-By-By0 = (l1d0 + l2e0 + l3f0) • Bxt + (m1d0 + m2e0 + m3f0) • byt + (n1d0 + n2e0 + n3f0) • Bzt;
B'z-Bz-Bz0 = (l1q0 + l2h0 + l3k0) • Bxt + (m1q0 + m2h0 + m3k0) • Byt + (n1q0 + n2h0 + n3k0) • Bzt,
где Bx, By, Bz и B'x, B'y, B'z - проекции векторов магнитной индукции на оси системы координат объекта в первой точке пространства соответственно при отсутствии и наличии образца во второй точке пространства; Bx0, By0, Bz0 - проекции вектора магнитной индукции образца на оси системы координат объекта, обусловленной жесткой намагниченностью образца, расположенного во второй точке пространства; a0, b0, c0, d0, e0, f0, q0, h0, k0 - коэффициенты Пуассона образца в первой точке пространства, расположенного во второй точке пространства; l1, m1, n1, l2, m2, n2, l3, m3, n3 - направляющие косинусы осей системы координат объекта, определяемые углами курса, крена, тангажа объекта; Bxt, Byt, Bzt - проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат.The proposed method for determining the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field from a moving object (according to the first embodiment) is to measure the angles of the course, roll, pitch of the moving object relative to the reference coordinate system in synchronization with measuring the projections of the magnetic induction vector on the axis of the coordinate system of the moving object at the first point in space, in placing at the second point in space a sample of magnetically soft iron with known Poisson's ratios at the first point in space and again and measuring projections of the magnetic induction vector at the first point in space synchronously with measuring angles of course, roll, pitch of a moving object, measuring projections of the vector of magnetic induction at the first point of space in the presence of a sample at the second point in space with the projections of the magnetic induction vector of the sample known at the first point in space due to its rigid magnetization and course angles, roll, pitch, measured synchronously with the projections of the magnetic induction vector in the absence of a sample, and then determining cts of the magnetic induction vector of the geomagnetic field on the axis of the reference coordinate system from the following equations:
B ' x -B x -B x0 = (l 1 a 0 + l 2 b 0 + l 3 c 0 ) • B xt + (m 1 a 0 + m 2 b 0 + m 3 c 0 ) • B yt + (n 1 a 0 + n 2 b 0 + n 3 c 0 ) • B zt ;
B ' y -B y -B y0 = (l 1 d 0 + l 2 e 0 + l 3 f 0 ) • B xt + (m 1 d 0 + m 2 e 0 + m 3 f 0 ) • b yt + (n 1 d 0 + n 2 e 0 + n 3 f 0 ) • B zt ;
B ' z -B z -B z0 = (l 1 q 0 + l 2 h 0 + l 3 k 0 ) • B xt + (m 1 q 0 + m 2 h 0 + m 3 k 0 ) • B yt + (n 1 q 0 + n 2 h 0 + n 3 k 0 ) • B zt ,
where B x , B y , B z and B ' x , B' y , B ' z are the projections of the magnetic induction vectors on the axis of the coordinate system of the object at the first point in space, respectively, in the absence and presence of a sample at the second point in space; B x0 , B y0 , B z0 - projections of the magnetic induction vector of the sample on the axis of the coordinate system of the object, due to the rigid magnetization of the sample located at the second point in space; a 0 , b 0 , c 0 , d 0 , e 0 , f 0 , q 0 , h 0 , k 0 - Poisson's ratios of the sample at the first point in space located at the second point in space; l 1 , m 1 , n 1 , l 2 , m 2 , n 2 , l 3 , m 3 , n 3 - the direction cosines of the axes of the coordinate system of the object, determined by the angles of the course, roll, pitch of the object; B xt , B yt , B zt are the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field on the axis of the reference coordinate system.
Предлагаемый способ определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта (по второму варианту) заключается в измерении углов курса, крена, тангажа подвижного объекта относительно опорной системы координат синхронно с измерением проекций вектора магнитной индукции на оси системы координат подвижного объекта в первой точке пространства, жестко связанной с системой координат подвижного объекта, при наличии во второй точке пространства образца из мягкого в магнитном отношении железа с известными коэффициентами Пуассона в первой точке пространства, изменении положения упомянутого образца и измерении углов курса, крена, тангажа, проекций векторов магнитной индукции в первой точке пространства для таких положений образца, при которых известны в первой точке пространства коэффициенты Пуассона образца и проекции векторов магнитной индукции образца на оси системы координат объекта, обусловленной жесткой намагниченностью образца, и по измеренным углам курса, крена, тангажа объекта, проекциям векторов магнитной индукции в первой точке пространства для двух положений образца и известным для этих положений образца коэффициентам Пуассона и проекциям векторов магнитной индукции образца в первой точке пространства определении проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат из следующих уравнений:
Bx (i+1) - Bx (i) - Bx0 (i+1) + Bx0 (i) = (l1jP11 + l2jP12 + l3jP13) • Bxt + (m1jP11 + m2jP12 + m3jP13) • Byt + (n1jP11 + n2jP12 + n3jP13) • Bzt;
By (i+1) - By (i) - By0 (i+1) + By0 (i) = (l1jP21 + l2jP22 + l31P23) • Bxt + (m1jP21 + m2jP22 + m3jP23) • Byt+ (n1jP21 + n2jP22 + n3jP23 • Bzt;
Bz (i+1) - Bz (i) - Bz0 (i+1) + Bz0 (i) = (l1jP31 + l2jP32 + l3jP33) • Bxt + (m1jP31 + m2jP32 + m3jP33) • Byt + (n1jP31 + n2jP32 + n3jP33) • Bzt,
где Вx (i), By (i), Bz (i) и Вx (i+1), By (i+1), Вz (i+1) - проекции векторов магнитной индукции на оси системы координат объекта в первой точке пространства при i-м и (i+1)-м положениях образца; Bx0 (i), By0 (i) Bz0 (i+1) и Bxo i+1, By0 (i+1), Bz0 (i+1) - проекции векторов магнитной индукции образца на оси системы координат объекта, обусловленной жесткой намагниченностью образца, расположенного во второй точке пространства; i = 1, 2, 3, ... ; l1j, m1j, n1j, l2j, m2j, n2j, l3j, m3j, n3j - направляющие косинусы осей системы координат объекта, являющиеся функциями углов курса, крена, тангажа объекта; j = 1, 2, 3, . .. ; P11 = a0 (i+1) - a0 (i); P12 = b0 (i+1) - b0 (i); P13 = c0 (i+1) - c0 (i); P21 = d0 (i+1) - d0 (i); P22 = e0 (i+1) - e0 (i); P23 = f0 (i+1) - f0 (i); P31 = q0 (i+1) - q0 (i); P32 = h0 (i+1) - h0 (i); P33 = k0 (i+1) - k0 (i); a0 (i), b0 (i), c0 (i), d0 (i), e0 (i), f0 (i), q0 (i), h0 (i), k0 (i) и a0 (i+1), b0 (i+1), c0 (i+1), d0 (i+1), e0 (i+1), f0 (i+1), q0 (i+1), h0 (i+1), k0 (i+1) - коэффициенты Пуассона образца в первой точке пространства при i-м и (i + 1)-м положениях образца; Bxt, Byt, Bzt - проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат, при этом скорость изменения положения образца от предыдущего положения до последующего, при которых осуществляется синхронное измерение упомянутых углов курса, крена, тангажа и проекций векторов магнитной индукции в первой точке пространства, существенно превышает скорость изменения углов курса, крена и тангажа объекта.The proposed method for determining the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field from a moving object (according to the second embodiment) consists in measuring the angles of the course, roll, pitch of the moving object relative to the reference coordinate system in synchronization with measuring the projections of the magnetic induction vector on the axis of the coordinate system of the moving object at the first point in space, rigidly connected with the coordinate system of a moving object, in the presence at the second point of the sample space of magnetically soft iron with known coefficients Poisson ratios at the first point in space, changing the position of the said sample and measuring the course, roll, pitch, projections of the magnetic induction vectors at the first point in space for such positions of the sample at which the Poisson's ratios of the sample and the projection of the magnetic induction vectors of the sample on the axis of the coordinate system of the object, due to the rigid magnetization of the sample, and the measured angles of the course, roll, pitch of the object, the projections of the magnetic induction vectors at the first point n a nd for two positions of the sample and a known sample positions for these coefficients and Poisson projected vectors of magnetic induction of the sample at a first point defining the space projections magnetic induction vector of the geomagnetic field on the reference axis coordinate system from the following equations:
B x (i + 1) - B x (i) - B x0 (i + 1) + B x0 (i) = (l 1j P 11 + l 2j P 12 + l 3j P 13 ) • B xt + (m 1j P 11 + m 2j P 12 + m 3j P 13 ) • B yt + (n 1j P 11 + n 2j P 12 + n 3j P 13 ) • B zt ;
B y (i + 1) - B y (i) - B y0 (i + 1) + B y0 (i) = (l 1j P 21 + l 2j P 22 + l 31 P 23 ) • B xt + (m 1j P 21 + m 2j P 22 + m 3j P 23 ) • B yt + (n 1j P 21 + n 2j P 22 + n 3j P 23 • B zt ;
B z (i + 1) - B z (i) - B z0 (i + 1) + B z0 (i) = (l 1j P 31 + l 2j P 32 + l 3j P 33 ) • B xt + (m 1j P 31 + m 2j P 32 + m 3j P 33 ) • B yt + (n 1j P 31 + n 2j P 32 + n 3j P 33 ) • B zt ,
where B x (i) , B y (i) , B z (i) and B x (i + 1) , B y (i + 1) , B z (i + 1) are the projections of the magnetic induction vectors on the axis of the system the coordinates of the object at the first point in space at the i-th and (i + 1) -th positions of the sample; B x0 (i) , B y0 (i) B z0 (i + 1) and B xo i + 1 , B y0 (i + 1) , B z0 (i + 1) are the projections of the magnetic induction vectors of the sample on the axis of the coordinate system an object due to the rigid magnetization of a sample located at a second point in space; i = 1, 2, 3, ...; l 1j , m 1j , n 1j , l 2j , m 2j , n 2j , l 3j , m 3j , n 3j are the direction cosines of the axes of the coordinate system of the object, which are functions of the angles of the course, roll, pitch of the object; j = 1, 2, 3,. ..; P 11 = a 0 (i + 1) - a 0 (i) ; P 12 = b 0 (i + 1) - b 0 (i) ; P 13 = c 0 (i + 1) - c 0 (i) ; P 21 = d 0 (i + 1) - d 0 (i) ; P 22 = e 0 (i + 1) - e 0 (i) ; P 23 = f 0 (i + 1) - f 0 (i) ; P 31 = q 0 (i + 1) - q 0 (i) ; P 32 = h 0 (i + 1) - h 0 (i) ; P 33 = k 0 (i + 1) - k 0 (i) ; a 0 (i) , b 0 (i) , c 0 (i) , d 0 (i) , e 0 (i) , f 0 (i) , q 0 (i) , h 0 (i) , k 0 (i) and a 0 (i + 1) , b 0 (i + 1) , c 0 (i + 1) , d 0 (i + 1) , e 0 (i + 1) , f 0 (i + 1 ) , q 0 (i + 1) , h 0 (i + 1) , k 0 (i + 1) - Poisson's ratios of the sample at the first point in space at the i-th and (i + 1) -th positions of the sample; B xt , B yt , B zt are the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field on the axis of the reference coordinate system, while the rate of change of the position of the sample from the previous position to the next, at which synchronized measurement of the mentioned course angles, roll, pitch and projections of the magnetic induction vectors at the first point of space, significantly exceeds the rate of change of the course angles, roll and pitch of the object.
Измерение в предлагаемом изобретении (по способу первого варианта) углов курса, крена, тангажа подвижного объекта относительно опорной системы координат синхронно с измерением проекций векторов магнитной индукции на оси системы координат подвижного объекта в первой точке пространства, жестко связанной с системой координат подвижного объекта, как при отсутствии, так и при наличии во второй точке пространства образца из мягкого в магнитном отношении железа с известными в первой точке пространства коэффициентами Пуассона и проекциями вектора магнитной индукции образца, обусловленной его жесткой намагниченностью, при углах курса, крена, тангажа объекта при наличии образца, соответственно равных углам курса, крена, тангажа объекта при отсутствии образца, обеспечивает определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат, исключая влияние магнитного поля подвижного объекта, то есть, исключая влияние на определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля как коэффициентов Пуассона, так и проекций вектора магнитной индукции объекта, обусловленных соответственно мягким и жестким в магнитном отношении железом объекта в первой точке пространства, при отсутствии специальных изменений углового положения упомянутого объекта, которые осуществляются в известных технических решениях, принятых за аналог и прототип. The measurement in the present invention (according to the method of the first embodiment) of the angles of the course, roll, pitch of the moving object relative to the reference coordinate system synchronously with the measurement of the projections of the magnetic induction vectors on the axis of the coordinate system of the moving object at the first point in space, rigidly connected with the coordinate system of the moving object, as when in the absence and in the presence at the second point of space of a sample of magnetically soft iron with known Poisson's ratios at the first point in space and projections in the core of the magnetic induction of the sample, due to its rigid magnetization, at the angles of the head, roll, pitch of the object in the presence of the sample, respectively equal to the angles of the head, roll, pitch of the object in the absence of the sample, provides the determination of the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field on the axis of the reference coordinate system, excluding the influence of the magnetic field of a moving object, that is, excluding the influence on the determination of the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field of both Poisson's ratios and projections of the mag nitric induction of the object, caused respectively by soft and magnetically hard iron of the object at the first point in space, in the absence of special changes in the angular position of the said object, which are carried out in well-known technical solutions adopted for the analogue and prototype.
Измерение в предлагаемом изобретении (по способу второго варианта) углов курса, крена, тангажа подвижного объекта относительно опорной системы координат синхронно с измерением проекций векторов магнитной индукции на оси системы координат объекта в первой точке пространства, жестко связанной с системой координат подвижного объекта, при двух положениях во второй точке пространства образца из мягкого в магнитном отношении железа с известными в первой точке пространства коэффициентами Пуассона и проекциями векторов магнитной индукции образца, обусловленной его жесткой намагниченностью, при скорости изменения положения образца от предыдущего положения до последующего, при которых осуществляется синхронное измерение упомянутых углов курса, крена, тангажа и проекций векторов магнитной индукции, существенно превышающей скорость изменения углов курса, крена и тангажа объекта, обеспечивает определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат, исключая влияние магнитного поля подвижного объекта, то есть, исключая влияние на определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля как коэффициентов Пуассона, так и проекций вектора магнитной индукции объекта, обусловленных соответственно мягким и жестким в магнитном отношении железом объекта в первой точке пространства, при отсутствии специальных изменений углового положения упомянутого объекта, которые осуществляются в известных технических решениях, принятых за аналог и прототип. The measurement in the present invention (according to the method of the second embodiment) of the angles of the course, roll, pitch of the moving object relative to the reference coordinate system in synchronization with the measurement of the projections of the magnetic induction vectors on the axis of the coordinate system of the object at the first point in space, rigidly connected with the coordinate system of the moving object, in two positions at the second point in the space of the sample from magnetically soft iron with the Poisson coefficients known at the first point in space and the projections of the magnetic induction vectors about a specimen due to its rigid magnetization, at a rate of change in the position of the sample from the previous position to the next, at which synchronized measurement of the mentioned course, roll, pitch and projections of the magnetic induction vectors is performed, which significantly exceeds the rate of change of the course, roll and pitch angles of the object, projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field on the axis of the reference coordinate system, excluding the influence of the magnetic field of a moving object, that is, excluding the influence of and the definition of the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field of both Poisson's ratios and the projections of the magnetic induction of the object due to the soft and magnetically hard iron of the object at the first point in space, in the absence of special changes in the angular position of the said object, which are carried out in known technical solutions taken for analog and prototype.
Таким образом, технический результат предлагаемого способа выражается в исключении влияния магнитного поля подвижного объекта на определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля при отсутствии сведений о коэффициентах Пуассона и вектора магнитной индукции подвижного объекта, обусловленных соответственно мягким и жестким в магнитном отношении железом объекта. Thus, the technical result of the proposed method is expressed in the exclusion of the influence of the magnetic field of the moving object on the determination of the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field in the absence of information about the Poisson's ratios and the magnetic induction vector of the moving object, due to the soft and hard magnetically iron object.
Сущность предлагаемого способа поясняется следующими графическими материалами. The essence of the proposed method is illustrated by the following graphic materials.
На чертеже изображена структурная схема устройства для осуществления способа определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта по первому и второму вариантам. The drawing shows a structural diagram of a device for implementing the method for determining projections of the vector of the magnetic induction of the geomagnetic field from a moving object according to the first and second options.
Устройство, реализующее способ определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта (его варианты), состоит (см. чертеж) из трехкомпонентного магниточувствительного датчика 1, трех усилительно-преобразовательных блоков 2-4, первые входы которых подключены к выходам датчика 1, генератора переменной ЭДС 5, первый выход которого подключен к первому входу датчика 1, а второй выход - к вторым входам блоков 2-4, регистрирующего блока 6, первые три входа которого подключены к соответствующим первым выходам блоков 2-4, вторые выходы которых подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам датчика 1, углоизмерительного устройства 7, три выхода которого подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам блока 6, и устройства обработки информации 8, подключенного к выходу блока 6. При этом датчик 1, блоки 2-4, генератор 5, блок 6, устройство 7, образец 10 и устройство 8 размещены на подвижном объекте 9. A device that implements a method for determining the projections of the magnetic induction vector of a geomagnetic field from a moving object (its variants) consists (see drawing) of a three-component magnetosensitive sensor 1, three amplifier-converter blocks 2-4, the first inputs of which are connected to the outputs of the sensor 1, generator EMF variable 5, the first output of which is connected to the first input of the sensor 1, and the second output is to the second inputs of blocks 2-4, the recording block 6, the first three inputs of which are connected to the corresponding first outputs of blocks 2-4 the second outputs of which are connected respectively to the second, third and fourth inputs of the sensor 1, angle measuring device 7, the three outputs of which are connected respectively to the fourth, fifth and sixth inputs of block 6, and an information processing device 8 connected to the output of block 6. In this case, the sensor 1, blocks 2-4, generator 5, block 6, device 7, sample 10 and device 8 are placed on a movable object 9.
Заявляемый способ по первому варианту реализуется посредством предлагаемого устройства следующим образом. The inventive method according to the first embodiment is implemented by the proposed device as follows.
На вход трехкомпонентного датчика 1, в частности феррозонда, подается с генератора 5 переменная ЭДС, возбуждающая этот датчик. В результате этого на выходах датчика 1 появляются три ЭДС второй гармоники, каждая из которых пропорциональна проекции вектора магнитной индукции на соответствующую магнитную ось датчика 1 [2, с. 66-69]. Выходные сигналы с датчика 1 усиливаются и детектируются в соответствующих блоках 2-4. Для детектирования сигналов на вторые входы блоков 2-4 подается переменное напряжение с генератора 5. На второй, третий и четвертый входы датчика 1 подаются продетектированные напряжения с вторых выходов соответствующих блоков 2-4, обеспечивающие отрицательную обратную связь по измеряемым сигналам. На входы блока 6 поступают сигналы с первых выходов блоков 2-4, пропорциональные проекциям вектора магнитной индукции при отсутствии образца 10 во второй точке пространства и выходные сигналы с устройства 7, пропорциональные углам курса, крена, тангажа объекта 9. Блок 6 обеспечивает синхронную регистрацию сигналов, пропорциональных проекциям вектора магнитной индукции и углам курса, крена, тангажа объекта 9, и передачу их на устройство обработки информации 8, которое запоминает полученную информацию. Затем размещают во второй точке пространства образец 10 из мягкого в магнитном отношении железа с известными коэффициентами Пуассона и проекциями вектора магнитной индукции образца на оси системы координат объекта в месте размещения датчика 1 при углах курса, крена, тангажа объекта 9, соответственно равных углам курса, крена, тангажа, измеренных синхронно с проекциями вектора магнитной индукции при отсутствии образца 10, и вновь осуществляют измерение проекций вектора магнитной индукции, сигналы которых с датчика 1 поступают через блоки 2-4 и блок 6 в устройство обработки информации 8. По углам курса, крена, тангажа объекта 9, синхронно измеренными с проекциями векторов магнитной индукции при отсутствии и наличии образца 10, известным коэффициентам Пуассона и проекциям вектора магнитной индукции образца 10 в месте размещения датчика 1 при местоположении образца 10 во второй точке пространства осуществляется определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля в устройстве 8 путем решения системы трех уравнений с тремя неизвестными, приведенной выше для предлагаемого способа по первому варианту. В упомянутые уравнения не входят уравнения Пуассона объекта 9 и проекции вектора магнитной индукции объекта 9, обусловленной его жесткой намагниченностью. At the input of a three-component sensor 1, in particular a flux gate, an EMF variable is supplied from the generator 5, exciting this sensor. As a result of this, three emfs of the second harmonic appear at the outputs of sensor 1, each of which is proportional to the projection of the magnetic induction vector onto the corresponding magnetic axis of sensor 1 [2, p. 66-69]. The output signals from the sensor 1 are amplified and detected in the respective blocks 2-4. To detect the signals, the second inputs of blocks 2-4 are supplied with alternating voltage from the generator 5. The second, third and fourth inputs of the sensor 1 are supplied with detected voltages from the second outputs of the corresponding blocks 2-4, which provide negative feedback on the measured signals. The inputs of block 6 receive signals from the first outputs of blocks 2-4, proportional to the projections of the magnetic induction vector in the absence of sample 10 at the second point in space and the output signals from device 7, proportional to the angles of the heading, roll, pitch of object 9. Block 6 provides synchronous registration of signals proportional to the projections of the magnetic induction vector and the angles of the course, roll, pitch of the object 9, and transferring them to the information processing device 8, which stores the received information. Then, a sample 10 of magnetically soft iron with known Poisson ratios and projections of the magnetic induction vector of the sample on the axis of the coordinate system of the object at the location of the sensor 1 is placed at the second point in space at the angles of the head, bank, pitch of object 9, respectively, equal to the head angles pitch measured synchronously with the projections of the magnetic induction vector in the absence of sample 10, and again measure the projections of the magnetic induction vector, the signals of which from the sensor 1 are received through blocks 2- 4 and block 6 to the information processing device 8. At the angles of the course, roll, pitch of object 9, synchronously measured with the projections of the magnetic induction vectors in the absence and presence of sample 10, the known Poisson ratios and the projections of the magnetic induction vector of sample 10 at the location of sensor 1 at the location of the sample 10 at the second point in space, the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field in the device 8 are determined by solving the system of three equations with three unknowns given above for proposing method according to the first embodiment. The mentioned equations do not include the Poisson equation of object 9 and the projection of the magnetic induction vector of object 9, due to its hard magnetization.
Заявляемый способ по второму варианту реализуется посредством предлагаемого устройства следующим образом. The inventive method according to the second embodiment is implemented by the proposed device as follows.
На вход трехкомпонентного датчика 1 подается с генератора 5 переменная ЭДС, возбуждающая этот датчик. В результате этого на выходе датчика 1 появляются три ЭДС второй гармоники, каждая из которых пропорциональна проекции вектора магнитной индукции на соответствующую магнитную ось датчика 1 [2, с. 66-69] . Выходные сигналы с датчика 1 усиливаются и детектируются в соответствующих блоках 2-4. Для детектирования сигналов на вторые входы блоков 2-4 подается переменное напряжение с генератора 5. На второй, третий и четвертый входы датчика 1 подаются продетектированные сигналы со вторых выходов соответствующих блоков 2-4, обеспечивающие отрицательную обратную связь по измеряемым сигналам [2, с. 117]. На входы блока 6 поступают сигналы с первых выходов блоков 2-4, пропорциональные проекциям вектора магнитной индукции, при наличии образца 10 во второй точке пространства и выходные сигналы с устройства 7, пропорциональные углам курса, крена, тангажа объекта 9. Блок 6 обеспечивает синхронную регистрацию сигналов, пропорциональных проекциям вектора магнитной индукции и углам курса, крена, тангажа объекта 9, и передачу их на устройство обработки информации 8, которое запоминает полученную информацию. Затем изменяют положение образца 10, например, угловое положение образца, в котором известны коэффициенты Пуассона и проекции вектора магнитной индукции образца на оси системы координат объекта 9 в месте размещения датчика 1. При этом скорость изменения положения образца 10 от предыдущего положения до последующего, при которых осуществляется синхронное измерение упомянутых углов курса, крена, тангажа и проекций вектора магнитной индукции в первой точке пространства, существенно превышает скорость изменения углов курса, крена, тангажа объекта 9. В таком случае, когда образец 10 займет новое положение, то угловое положение объекта 9 можно принять неизменившимся. После этого устройство 8 вновь принимает сигналы с блока 6, пропорциональные проекциям вектора магнитной индукции на оси системы координат объекта 9. По углам курса, крена, тангажа объекта 9, синхронно измеренными с проекциями векторов магнитной индукции при двух положениях образца 10, известным коэффициентам Пуассона и проекциям вектора магнитной индукции образца 10, измеренным в месте размещения датчика 1, осуществляется определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля в устройстве 8 путем решения системы трех уравнений с тремя неизвестными, приведенной выше для предлагаемого способа по второму варианту. В упомянутые уравнения не входят коэффициенты Пуассона объекта 9 и проекции вектора магнитной индукции объекта 9, обусловленной его жесткой намагниченностью. The input of the three-component sensor 1 is fed from the generator 5 by a variable EMF, exciting this sensor. As a result of this, three emfs of the second harmonic appear at the output of sensor 1, each of which is proportional to the projection of the magnetic induction vector onto the corresponding magnetic axis of sensor 1 [2, p. 66-69]. The output signals from the sensor 1 are amplified and detected in the respective blocks 2-4. To detect the signals, the second inputs of blocks 2-4 are supplied with alternating voltage from the generator 5. The second, third and fourth inputs of the sensor 1 are supplied with detected signals from the second outputs of the respective blocks 2-4, providing negative feedback on the measured signals [2, p. 117]. The inputs of block 6 receive signals from the first outputs of blocks 2-4, proportional to the projections of the magnetic induction vector, in the presence of sample 10 at the second point in space, and the output signals from device 7, proportional to the angles of the course, roll, pitch of object 9. Block 6 provides synchronous registration signals proportional to the projections of the magnetic induction vector and the angles of the course, roll, pitch of the object 9, and transmitting them to the information processing device 8, which stores the received information. Then, the position of the sample 10 is changed, for example, the angular position of the sample, in which the Poisson's ratios and the projections of the magnetic induction vector of the sample on the axis of the coordinate system of the object 9 at the location of the sensor 1 are known. In this case, the rate of change in the position of the sample 10 from the previous to the next, synchronous measurement of the mentioned course angles, roll, pitch and projections of the magnetic induction vector at the first point of space is carried out, significantly exceeds the rate of change of the course, roll, pitch angles Project 9. In this case, when the sample 10 takes a new position, the angular position of the object 9 can be assumed unchanged. After that, the device 8 again receives signals from block 6, proportional to the projections of the magnetic induction vector on the axis of the coordinate system of the object 9. At the angles of the course, roll, pitch of the object 9, synchronously measured with the projections of the magnetic induction vectors at two positions of the sample 10, known Poisson's ratios and the projections of the magnetic induction vector of sample 10, measured at the location of the sensor 1, the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field in the device 8 are determined by solving the system of three equations with three unknowns given above for the present process according to the second embodiment. The mentioned equations do not include the Poisson's ratios of the object 9 and the projection of the magnetic induction vector of the object 9, due to its hard magnetization.
Таким образом, в предлагаемом способе (его вариантах) исключается влияние магнитного поля подвижного объекта на определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля. Thus, in the proposed method (its variants), the influence of the magnetic field of the moving object on the determination of the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field is excluded.
В предлагаемом техническом решении датчик 1, блоки 2-4 и генератор 5 выполнены аналогично известному устройству для измерения параметров магнитного поля [2, с. 117]. При этом каждый блок 2-4 состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора [5, с.155]. Углоизмерительным устройством 7 может быть гиростабилизированная платформа (ГСП), обеспечивающая измерение трех углов вращения объекта с погрешностью около 0,5 угловых минут за счет трехосной гироскопической стабилизации ГСП относительно трех взаимно перпендикулярных осей опорной системы координат [6, с. 387-393, рис.9]. Для высокоточного измерения углового положения подвижного объекта с погрешностью до десятых угловых секунд в предлагаемом техническом решении в качестве углоизмерительного устройства для измерения углов курса, крена, тангажа могут быть использованы навигационные системы на основе лазерных гироскопов [7]. Регистрирующий блок 6 и устройство обработки информации 8 могут быть реализованы преобразователем измерительным многоканальным (ПИМ-1, сертификат N 15660-96, Госстандарт России), разработанным АО "АТИС" (г. С.-Петербург). Образец 10 из мягкого в магнитном отношении железа может быть выполнен из пермаллоя или железа Армко [8]. В месте расположения датчика 1 коэффициенты Пуассона и проекции вектора магнитной индукции образца правильной геометрической формы, например в виде шара или эллипсоида, можно определить аналитически [8, 9] или экспериментально с помощью трехкомпонентной меры магнитной индукции [10]. При этом для реализации способа определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта по второму варианту образец можно равномерно вращать вокруг оси, параллельной оси образца, в направлении которой коэффициент размагничивания имеет наименьшее значение, а измерять проекции вектора магнитной индукции при углах поворота образца, например при 0 и 180o, при одном из которых расстояние от датчика до образца имеет наименьшее, а при другом угле - наибольшее значения. Кроме того, при углах поворота образца 0 и 180o должны быть известны коэффициенты Пуассона и проекции вектора магнитной индукции образца.In the proposed technical solution, the sensor 1, blocks 2-4 and the generator 5 are made similar to the known device for measuring magnetic field parameters [2, p. 117]. Moreover, each block 2-4 consists of a selective amplifier and a synchronous detector [5, p.155]. The angle measuring device 7 can be a gyrostabilized platform (GSP), which provides measurement of three angles of rotation of the object with an error of about 0.5 arc minutes due to the triaxial gyroscopic stabilization of the GSP relative to three mutually perpendicular axes of the reference coordinate system [6, p. 387-393, Fig. 9]. For high-precision measurement of the angular position of a moving object with an error of up to tenths of arc seconds in the proposed technical solution, navigation systems based on laser gyroscopes can be used as an angular measuring device for measuring heading, roll, and pitch angles [7]. The recording unit 6 and the information processing device 8 can be implemented by a multichannel measuring transducer (PIM-1, certificate N 15660-96, Gosstandart of Russia) developed by ATIS JSC (St. Petersburg). Sample 10 of magnetically soft iron can be made of permalloy or Armco iron [8]. At the location of sensor 1, the Poisson's ratios and projections of the magnetic induction vector of a sample of regular geometric shape, for example, in the form of a ball or an ellipsoid, can be determined analytically [8, 9] or experimentally using a three-component measure of magnetic induction [10]. Moreover, to implement the method for determining the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field from a moving object according to the second embodiment, the sample can be uniformly rotated around an axis parallel to the axis of the sample, in the direction of which the demagnetization coefficient is the smallest, and the projections of the magnetic induction vector can be measured at rotation angles of the sample, for example at 0 and 180 o , at one of which the distance from the sensor to the sample has the smallest, and at another angle - the largest value. In addition, at angles of rotation of the sample 0 and 180 o must be known Poisson's ratios and projections of the magnetic induction vector of the sample.
Литература
1. Пат. N 2096818 РФ/ Б.М.Смирнов// Бюл. изобрет. - 1997. - N 32.Literature
1. Pat. N 2096818 of the Russian Federation / B.M.Smirnov // Bull. invented - 1997 .-- N 32.
2. Афанасьев Ю. В. Феррозондовые приборы. Л.: "Энергоатомиздат". 1986. 188 с. 2. Afanasyev Yu. V. Fluxgate devices. L .: Energoatomizdat. 1986. 188 p.
3. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: "Наука". 1981. 720 с. 3. Bronstein I.N., Semendyaev K.A. Math reference. M .: "Science". 1981. 720 p.
4. Малеев П.И., Смирнов Б.М. Новые методы определения составляющих вектора магнитной индукции магнитного поля Земли с ферромагнитного объекта./ С-Пб.: Навигация и гидрография. 1998. N 6. С.82-86. 4. Maleev P.I., Smirnov B.M. New methods for determining the components of the magnetic induction vector of the Earth’s magnetic field from a ferromagnetic object. / S-Pb .: Navigation and hydrography. 1998. N 6. S. 82-86.
5. Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В., Щелкин А.П. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. Л.: "Энергия" 1972. 272 с. 5. Afanasyev Yu.V., Studentsov N.V., Schelkin A.P. Magnetometric converters, devices, installations. L .: "Energy" 1972. 272 p.
6. Одинова И.В., Блюмин Т.Д., Карпухин А.В. и др. Теория и конструкция гироскопических приборов и систем. М.: Высшая школа. 1971. 6. Odinova I.V., Blumin T.D., Karpukhin A.V. and others. Theory and design of gyroscopic devices and systems. M .: Higher school. 1971.
7. Лукьянов Д. П., Северов Л.А., Смирнов Е.Л., Тиль А.В. Тенденция совершенствования гироскопов и гиростабилизированных платформ. Изв. вузов СССР. Приборостроение. Т.30. Л., 1987. N 10. 7. Lukyanov D.P., Severov L.A., Smirnov E.L., Til A.V. The trend of improving gyroscopes and gyro-stabilized platforms. Izv. universities of the USSR. Instrument making. T.30. L., 1987. N 10.
8. Кожухов В. П. , Воронов В.В., Григорьев В.В. Магнитные компасы. М.: Транспорт. 1981. 8. Kozhukhov V. P., Voronov V.V., Grigoriev V.V. Magnetic compasses. M .: Transport. 1981.
9. Яновский Б.М. Земной магнетизм. Л.: ЛГУ. 1978. 592 с. 9. Yanovsky B.M. Terrestrial magnetism. L .: LSU. 1978. 592 p.
10. Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В., Хорев В.Н. и др. Средства измерения параметров магнитного поля. Л.: "Энергия" 1979. 320 с. 10. Afanasyev Yu.V., Studentsov N.V., Khorev V.N. and other Means of measuring the parameters of the magnetic field. L .: "Energy" 1979. 320 p.
Claims (2)
Bx 1 - Bx - Bxo = (l1ao + l2bo + l3co) Bхт + (m1ao + m2bo + m3co) Bут + (n1ao + n2bo + n3co) Bzт;
By 1 - By - Byo = (l1do + l2eo + l3fo) Bхт + (m1do + m2eo + m3fo) Bут + (n1do + n2eo + n3fo) Bzт;
Bz 1 - Bz - Bzo = (l1qo + l2ho + l3ko) Bхт + (m1qo + m2ho + m3ko) Bут + (n1qo + n2ho + n3ko) Bzт;
где Bx, By, Bz и Bx 1, By 1, Bz 1 - проекции векторов магнитной индукции на оси системы координат объекта в первой точке пространства соответственно при отсутствии и наличии образца во второй точке пространства;
Bxo, Byo, Bzo - проекции вектора магнитной индукции образца на оси системы координат объекта, обусловленной жесткой намагниченностью образца, расположенного во второй точке пространства;
ao, bo, co, do, eo, fo, qo, ho, ko - коэффициенты Пуассона образца в первой точке пространства, расположенного во второй точке пространства;
l1, m1, n1, l2, m2, n2, l3, m3, n3 - направляющие косинусы осей системы координат объекта, определяемые углами курса, крена, тангажа объекта;
Bхт, Bут, Bzт - проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат.1. The method of determining the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field from a moving object, which consists in measuring the angles of the course, roll, pitch of the moving object relative to the reference coordinate system synchronously with measuring the projections of the magnetic induction vector on the axis of the coordinate system of the moving object at the first point in space, in the second point in space of a sample of magnetically soft iron with known Poisson's ratios at the first point in space and again measuring the projections of the total induction at the first point in space in synchronism with measuring the angles of the course, roll, pitch of a moving object, characterized in that the projections of the magnetic induction vector at the first point in space in the presence of the sample at the second point in space with the projections of the magnetic induction vector of the sample known at the first point in space, due to its hard magnetization, and course, roll, pitch angles, measured synchronously with the projections of the magnetic induction vector in the absence of a sample, and then projections of the vector the magnetic induction of the geomagnetic field on the axis of the reference coordinate system from the following equations:
B x 1 - B x - B xo = (l 1 a o + l 2 b o + l 3 c o ) B xt + (m 1 a o + m 2 b o + m 3 c o ) B ut + (n 1 a o + n 2 b o + n 3 c o ) B zt ;
B y 1 - B y - B yo = (l 1 d o + l 2 e o + l 3 f o ) B хт + (m 1 d o + m 2 e o + m 3 f o ) B ut + (n 1 d o + n 2 e o + n 3 f o ) B zt ;
B z 1 - B z - B zo = (l 1 q o + l 2 h o + l 3 k o ) B xm + (m 1 q o + m 2 h o + m 3 k o ) B ut + (n 1 q o + n 2 h o + n 3 k o ) B zt ;
where B x , B y , B z and B x 1 , B y 1 , B z 1 are the projections of the magnetic induction vectors on the axis of the coordinate system of the object at the first point in space, respectively, in the absence and presence of a sample at the second point in space;
B xo , B yo , B zo - projections of the magnetic induction vector of the sample on the axis of the coordinate system of the object, due to the rigid magnetization of the sample located at the second point in space;
a o , b o , c o , d o , e o , f o , q o , h o , k o are the Poisson's ratios of the sample at the first point of space located at the second point of space;
l 1 , m 1 , n 1 , l 2 , m 2 , n 2 , l 3 , m 3 , n 3 - the direction cosines of the axes of the coordinate system of the object, determined by the angles of the course, roll, pitch of the object;
B ht , B ut , B zt - projection of the magnetic induction vector of the geomagnetic field on the axis of the reference coordinate system.
Bx (i+1) - Bx (i) - Bxo (i+1) + Bxo (i) = (l1jP11 + l2jP12 + l3jP13) Bхт + (m1jP11 + m2jP12 + m3jP13) Bут + (n1jP11 + n2jP12 + n3jP13) Bzт;
By (i+1) - By (i) - Byo (i+1) + Byo (i) = (l1jP21 + l2jP22 + l3jP23) Bхт + (m1jP21 + m2jP22 + m3jP23) Bут + (n1jP21 + n2jP22 + n3jP23) Bт;
Bz (i+1) - Bz (i) - Bzo (i+1) + Bzo (i) = (l1jP31 + l2jP32 + l3jP33) Bхт + (m1jP31 + m2jP32 + m3jP33) Bут + (n1jP31 + n2jP32 + n3jP33) Bzт,
где Bx (i), By (i), Bz (i) и Bx (i+1), By (i+1), Bz (i+1) - проекции векторов магнитной индукции на оси системы координат объекта в первой точке пространства при i-м и (i+1)-м положениях образца;
Bxo (i), Byo (i), Bzo (i) и Bxo (i+1), Byo (i+1), Bzo (i+1) - проекции векторов магнитной индукции образца на оси системы координат объекта, обусловленной жесткой намагниченностью образца, расположенного во второй точке пространства;
i = 1, 2, 3,...; l1j, m1j, n1j, l2j, m2j, n2j, l3j, m2j, n3j - направляющие косинусы осей системы координат объекта, являющиеся функциями углов курса, крена, тангажа объекта; j = 1, 2, 3,...;
P11 = ao (i+1) - ao (i); P12 = bo (i+1) - bo (i); P13 = Co (i+1) - Co (i); P21 = do (i+1) - do (i); P22 = eo (i+1) - eo (i); P23 = fo (i+1) - fo (i); P31 = qj (i+1) - qo (i); P32 = ho (i+1) - ho (i); P33 = ko (i+1) - ko (i); ao (i), bo (i), co (i), do (i), eo (i), fo (i), qo (i), ho (i), ko (i) и ao (i+1), bo (i+1), co (i+1), do (i+1), eo (i+1), fo (i+1), qo (i+1), ho (I+1), ko (i+1) - коэффициент Пуассона образца в первой точке пространства при i-м и (i+1)-м положениях образца;
Bхт, Bут, Bzт - проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат,
при этом скорость изменения положения образца от предыдущего положения до последующего, при которых осуществляется синхронное измерение упомянутых углов курса, крена, тангажа и проекций векторов магнитной индукции в первой точке пространства, существенно превышает скорость изменения углов курса, крена и тангажа объекта.2. A method for determining the projections of the magnetic induction vector of the geomagnetic field from a moving object, which consists in measuring the angles of heading, roll, pitch of the moving object relative to the reference coordinate system synchronously with measuring the projections of the magnetic induction vector on the axis of the coordinate system of the moving object at the first point in space, tightly connected with coordinate system of a moving object, in the presence at the second point of the space of the sample of magnetically soft iron with known Poisson's ratios in the first t space, characterized in that they change the position of the said sample and measure the angles of heading, roll, pitch, projection of the magnetic induction vectors at the first point of space for such positions of the sample at which the Poisson's ratios of the sample and the projection of the magnetic induction vectors of the sample on the first point in space are known the axis of the coordinate system of the object, due to the rigid magnetization of the sample, and the measured angles of the course, roll, pitch of the object, the projections of the magnetic induction vectors at the first point in space for two positions of the sample and the Poisson coefficients known for these positions of the sample and the projections of the magnetic induction vectors of the sample at the first space point, the projections of the geomagnetic field magnetic induction vector on the axis of the reference coordinate system are determined from the following equations:
B x (i + 1) - B x (i) - B xo (i + 1) + B xo (i) = (l 1j P 11 + l 2j P 12 + l 3j P 13 ) B xm + (m 1j P 11 + m 2j P 12 + m 3j P 13 ) B ut + (n 1j P 11 + n 2j P 12 + n 3j P 13 ) B zt ;
B y (i + 1) - B y (i) - B yo (i + 1) + B yo (i) = (l 1j P 21 + l 2j P 22 + l 3j P 23 ) B xm + (m 1j P 21 + m 2j P 22 + m 3j P 23 ) B ut + (n 1j P 21 + n 2j P 22 + n 3j P 23 ) B t ;
B z (i + 1) - B z (i) - B zo (i + 1) + B zo (i) = (l 1j P 31 + l 2j P 32 + l 3j P 33 ) B xm + (m 1j P 31 + m 2j P 32 + m 3j P 33 ) B ut + (n 1j P 31 + n 2j P 32 + n 3j P 33 ) B zt ,
where B x (i) , B y (i) , B z (i) and B x (i + 1) , B y (i + 1) , B z (i + 1) are the projections of the magnetic induction vectors on the system axis the coordinates of the object at the first point in space at the i-th and (i + 1) -th positions of the sample;
B xo (i) , B yo (i) , B zo (i) and B xo (i + 1) , B yo (i + 1) , B zo (i + 1) are the projections of the magnetic induction vectors of the sample on the axis of the system the coordinates of the object, due to the rigid magnetization of the sample located at the second point of space;
i = 1, 2, 3, ...; l 1j , m 1j , n 1j , l 2j , m 2j , n 2j , l 3j , m 2j , n 3j are the direction cosines of the axes of the coordinate system of the object, which are functions of the angles of the course, roll, pitch of the object; j = 1, 2, 3, ...;
P 11 = a o (i + 1) - a o (i) ; P 12 = b o (i + 1) - b o (i) ; P 13 = C o (i + 1) - C o (i) ; P 21 = d o (i + 1) - d o (i) ; P 22 = e o (i + 1) - e o (i) ; P 23 = f o (i + 1) - f o (i) ; P 31 = q j (i + 1) - q o (i) ; P 32 = h o (i + 1) - h o (i) ; P 33 = k o (i + 1) - k o (i) ; a o (i) , b o (i) , c o (i) , d o (i) , e o (i) , f o (i) , q o (i) , h o (i) , k o (i) and a o (i + 1) , b o (i + 1) , c o (i + 1) , d o (i + 1) , e o (i + 1) , f o (i + 1 ) , q o (i + 1) , h o (I + 1) , k o (i + 1) - Poisson's ratio of the sample at the first point in space at the i-th and (i + 1) -th positions of the sample;
B xt , B ut , B zt - projection of the magnetic induction vector of the geomagnetic field on the axis of the reference coordinate system,
at the same time, the rate of change in the position of the sample from the previous position to the next, at which the mentioned angles of the course, roll, pitch and projections of the magnetic induction vectors at the first point in space are synchronously measured, significantly exceeds the rate of change of the angles of the course, roll and pitch of the object.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000113712/09A RU2168188C1 (en) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | Process determining projections of magnetic induction vector of geomagnetic field from mobile object ( versions ) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000113712/09A RU2168188C1 (en) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | Process determining projections of magnetic induction vector of geomagnetic field from mobile object ( versions ) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2168188C1 true RU2168188C1 (en) | 2001-05-27 |
Family
ID=20235494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000113712/09A RU2168188C1 (en) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | Process determining projections of magnetic induction vector of geomagnetic field from mobile object ( versions ) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2168188C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2204851C1 (en) * | 2001-11-30 | 2003-05-20 | Смирнов Борис Михайлович | Device for measuring flux density of mobile-object geomagnetic field |
| RU2206109C1 (en) * | 2002-01-31 | 2003-06-10 | Смирнов Борис Михайлович | Facility determining induction of geomagnetic field from mobile object |
| RU2207599C1 (en) * | 2002-07-22 | 2003-06-27 | Смирнов Борис Михайлович | Facility establishing induction of geomagnetic field from mobile object |
| RU2530778C2 (en) * | 2010-04-29 | 2014-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана имени академика И.С. Грамберга" (ФГУП "ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга") | Method for magnetic navigation on geomagnetic sections |
| RU2624597C1 (en) * | 2016-01-22 | 2017-07-04 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Российский Славянский университет (КРСУ) | Method of measuring components and full vector of geomagnetic field stress |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995024340A1 (en) * | 1994-03-11 | 1995-09-14 | Aerospatiale Societe Nationale Industrielle | Adaptive attitude control method for magnetic roll/yaw stabilization of a satellite |
| RU2075759C1 (en) * | 1989-02-16 | 1997-03-20 | Хвостов Орион Павлович | Process of determination of magnetic parameters on moving object |
| RU2096818C1 (en) * | 1995-02-07 | 1997-11-20 | Борис Михайлович Смирнов | Method determining poisson's ratio of mobile object and device for its realization |
-
2000
- 2000-05-26 RU RU2000113712/09A patent/RU2168188C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2075759C1 (en) * | 1989-02-16 | 1997-03-20 | Хвостов Орион Павлович | Process of determination of magnetic parameters on moving object |
| WO1995024340A1 (en) * | 1994-03-11 | 1995-09-14 | Aerospatiale Societe Nationale Industrielle | Adaptive attitude control method for magnetic roll/yaw stabilization of a satellite |
| RU2096818C1 (en) * | 1995-02-07 | 1997-11-20 | Борис Михайлович Смирнов | Method determining poisson's ratio of mobile object and device for its realization |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МАЛЕЕВ П.И., СМИРНОВ Б.М. Новые методы определения составляющих вектора магнитной индукции магнитного поля Земли с ферромагнитного объекта. - Санкт-Петербург: Навигация и гидрография, 1998, N6, с. 82-86. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2204851C1 (en) * | 2001-11-30 | 2003-05-20 | Смирнов Борис Михайлович | Device for measuring flux density of mobile-object geomagnetic field |
| RU2206109C1 (en) * | 2002-01-31 | 2003-06-10 | Смирнов Борис Михайлович | Facility determining induction of geomagnetic field from mobile object |
| RU2207599C1 (en) * | 2002-07-22 | 2003-06-27 | Смирнов Борис Михайлович | Facility establishing induction of geomagnetic field from mobile object |
| RU2530778C2 (en) * | 2010-04-29 | 2014-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана имени академика И.С. Грамберга" (ФГУП "ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга") | Method for magnetic navigation on geomagnetic sections |
| RU2624597C1 (en) * | 2016-01-22 | 2017-07-04 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Российский Славянский университет (КРСУ) | Method of measuring components and full vector of geomagnetic field stress |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Isezaki | A new shipboard three-component magnetometer | |
| CN102853760B (en) | Method for calibrating verticality of magnetic shaft of three-shaft magnetic sensor | |
| EP3325990B1 (en) | Gradiometer system and method | |
| Včelák et al. | Errors of AMR compass and methods of their compensation | |
| CN102520455A (en) | Aviation geomagnetic vector detection apparatus | |
| Milovzorov et al. | Mathematical modeling of fluxgate magnetic gradiometers | |
| RU2168188C1 (en) | Process determining projections of magnetic induction vector of geomagnetic field from mobile object ( versions ) | |
| RU2096818C1 (en) | Method determining poisson's ratio of mobile object and device for its realization | |
| Chen et al. | A correction method of magnetic gradient tensor system to improve magnet localization accuracy | |
| US2834939A (en) | Compensation of induced magnetic fields | |
| US6714008B1 (en) | Gradiometric measurement methodology for determining magnetic fields of large objects | |
| Sapunov et al. | Theodolite-borne vector Overhauser magnetometer: DIMOVER | |
| Liu et al. | Improved component compensation of magnetic interferential field for geomagnetic vector measurement system using 3-D Helmholtz coil | |
| GB2200463A (en) | Determination of position magnetically | |
| RU2166735C1 (en) | Device for remote determination of coordinates and attitude of object (versions) | |
| RU2131029C1 (en) | Method of determination of azimuth, zenith angle and angle of dip | |
| Holmes | Theoretical development of laboratory techniques for magnetic measurement of large objects | |
| RU2206109C1 (en) | Facility determining induction of geomagnetic field from mobile object | |
| Hemshorn et al. | DI-flux measurement of the geomagnetic field using a three-axial fluxgate sensor | |
| RU2134426C1 (en) | Method of determination of moving object poisson coefficients | |
| RU2204851C1 (en) | Device for measuring flux density of mobile-object geomagnetic field | |
| RU2365877C1 (en) | Method for definition of magnet deviation on movable object | |
| RU2236029C1 (en) | Device for measuring flux density of geomagnetic field from mobile object | |
| RU2247404C1 (en) | Apparatus for determining parameters of magnetization degree of movable object | |
| RU2257594C1 (en) | Device for measuring parameters characterizing magnetization of moving object |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050527 |