[发明专利]一种航空超导全张量磁梯度探测系统误差标定方法

权利要求书

1.一种航空超导全张量磁梯度探测系统误差标定方法，其特征在于，该方法包括：

1)、选择实验场地，实验地点选在地磁环境稳定且周围无明显磁干扰物的区域；

2)、直升机挂载超导全张量磁梯度探测系统测量实验区域背景地磁矢量梯度场，以20米高差为步长，分别测量200-300米不同高度背景地磁矢量梯度场，寻找最优飞行高度范围；

3)、无激励条件下，直升机挂载超导全张量磁梯度探测系统在同一高度重复飞行，由捷联惯性导航系统确定飞行器姿态和方位；

4)、在实验场地铺设方形标定线圈，通以10A-100A可调电流激励产生标准磁梯度场，电流采集装置同步记录激励电流，计算实验区域激发的矢量磁梯度场强度；

5)、在步骤4)基础上，调整航空超导全张量磁梯度探测系统飞行高度，测量不同飞行高度下标定线圈激发的矢量磁梯度场强度；

6)、将步骤2)、3)、4)、5)所测量的数据，输入数据质量评价系统，去除背景场信息；通过理论计算出方形标定线圈恒定电流激励下，空间任意位置磁场分量和磁梯度的理论计算值，通过拟合方程将理论计算值、系统误差与实测数据拟合，验证系统误差校正参数、计算系统探测分辨率。

2.根据权利要求1所述的一种航空超导全张量磁梯度探测系统误差标定方法，其特征在于：

步骤6)空间任意位置磁场分量理论值的计算如下：

恒定电流激励下标定线圈在三维空间中产生的三分量磁场表达式为：

公式(1)、(2)、(3)中l为标定线圈半边长，μ₀为磁导率，I为标定线圈发射电流，x、y、z可取空间中任意一点位置。

3.根据权利要求2所述的一种航空超导全张量磁梯度探测系统误差标定方法，其特征在于：

步骤6)中磁梯度理论值计算如下：

由麦克斯韦方程组可知，自由空间中磁矢量场的旋度和散度均为0，即：

由公式(4)得：G_xy＝G_yx、G_xz＝G_zx、G_yz＝G_zy；由公式(5)得：G_zz＝-G_xx-G_yy；公式(1)、(2)、(3)分别对x、y、z求偏导，可得磁梯度张量T的9个分量中G_xx、G_yy、G_xy、G_xz、G_yz5个独立分量，为：

4.根据权利要求1所述的一种航空超导全张量磁梯度探测系统误差标定方法，其特征在于：

所述航空超导全张量磁梯度探测系统的地面部分包括方形标定线圈、标定线圈信号记录装置、数据质量评价系统、恒定电流发射装置、发射机GPS同步单元；其中通过恒定电流发射装置向方形标定线圈发射激发电流，通过所述标定线圈信号记录装置记录发射电流，并输入至数据质量评价系统；

所述航空超导全张量磁梯度探测系统的空中部分由直升机载有SQUID接收系统接收信号后传递至全张量接收机，所述全张量接收机接收辅助参数测量单元测量的辅助参数，并通过接收系统GPS同步单元与地面系统的发射机GPS同步单元进行同步。

5.根据权利要求4所述的一种航空超导全张量磁梯度探测系统误差标定方法，其特征在于：

所述辅助参数测量单元包括惯性导航系统，由惯性测量单元和计算单元两部分组成；加速度计，测量物体运动方向加速度，陀螺仪，测量系统角速度，得到系统方向信息，姿态解算单元，将惯导系统数据从自身坐标系转换到地球坐标系，加速度积分单元和误差补偿单元校正飞行姿态，获取飞行器飞行过程中精准位置信息。

6.根据权利要求4所述的一种航空超导全张量磁梯度探测系统误差标定方法，其特征在于：

所述标定线圈信号记录装置选用闭环霍尔电流传感器，匝数比1:500，反应时间小于1μs，测量电阻R_M选择40Ω，输出电压与检测电流成线性关系，由电压信号观测标定线圈电流；

24位AD采集电路将采集数据导入单片机内存，采样结束后，将内存中的数据转存至SD卡中存储，模拟部分与数字部分采用隔离电源独立供电。