[发明专利]一种地磁梯度张量测量阵列的设计方法

说明书

本发明公开了一种地磁梯度张量测量阵列的设计方法，属于地磁异常反演领域。阵列由9个探头在平面形成菱形排列，每个探头能够测量三轴磁场信号。本发明公开了一阶及二阶地磁梯度张量计算方法，公开了基线距离与一阶、二阶地磁梯度张量测量误差的关系。本发明能够提高地磁梯度张量的测量精度，进一步保证地磁异常反演可靠性。

技术领域

本发明涉及一种地磁梯度张量测量阵列的设计方法，能够实现高精度的一阶及二阶地磁梯度张量测量，属于地磁异常反演领域。

背景技术

地磁场作为地球基本属性，具有相对稳定和均匀的特性。地磁场具有不需要发射源、全天候存在、全地域覆盖等优点。在地磁环境条件下的铁磁物质，能够感应出磁场，从而使得所在位置的磁场信号异于周围磁场。地磁异常信号的强弱和方向，与铁磁物质本身的特性、构造和外形尺寸等相关。通过地磁异常信号反演能得到目标体的形状和姿态特征，从而识别出目标物质的基本属性。

一阶地磁梯度张量由磁场分量在不同方向上的空间变化率组成，二阶地磁梯度张量是一阶地磁梯度张量进一步偏导。相比于单分量磁场、总磁场，一阶和二阶地磁梯度张量不受总场测量的限制，被广泛应用在磁目标定位、磁源几何参数反演等领域。

由于外界干扰、仪器零漂变化、地磁不稳定等随机噪声，给地磁异常信号反演造成了很大困难，对检测探头的灵敏度、准确性和鲁棒性提出了很高的要求。现有的地磁检测多采用单探头、十字形和六面体阵列型式，测量精度易受到噪声影响。

发明内容

本发明目的是提供一种地磁梯度张量测量阵列的设计方法，能够实现目标磁场的高精度测量，提高地磁反演的灵敏度、分辨率和鲁棒性。

为解决上述目的，本发明所采用的技术方案为

一种地磁梯度张量测量阵列的设计方法，测量阵列由9个探头在x-y平面形成菱形排列，每个探头能够测量三轴磁场信号，其中，每4个探头组成一个十字型阵列结构，基线距离d相等，则每个十字型阵列的中心磁场由周围4个探头磁场平均值求得，表示为

式中，i＝1、2、3、4，代表4个十字型阵列，j＝x、y、z，代表磁场三轴方向。x±、y±分别代表沿x轴和y轴正、反方向。

4个十字型阵列的中点可组成新的十字型阵列，根据公式(1)及张量对称性，阵列中心的一阶地磁梯度张量G表示为

式中，分别代表x轴正方向、反方向阵列中心的三轴磁场，分别代表y轴正方向、反方向阵列中心的三轴磁场。

进一步，分别求得4个十字型阵列的一阶地磁梯度张量G_k，表达式为

其中，k＝1、2、3、4。G₃、G₁分别代表沿x轴正方向、反方向一阶地磁梯度张量，G₂、G₄分别代表沿y轴正方向、反方向一阶地磁梯度张量。

进一步，可以求得一阶地磁梯度张量在不同方向的偏导，即二阶地磁梯度张量表达式为

其中，C和D为

进一步，基线距离越小，一阶及二阶地磁梯度张量的测量精度越高。

附图说明

图1是本专利阵列结构示意图

图2是十字形阵列结构示意图

图3是六面体阵列结构示意图