Устройство для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике 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. Сущность: устройство содержит размещенные на объекте два трехкомпонентных магнитометрических датчика, шесть усилительно-преобразовательных блоков, генератор переменных напряжений, углоизмерительное устройство, регистрирующий блок, устройство обработки информации и блок сложения, включенные между собой определенным образом. Технический результат: уменьшение влияния изменения индуктивной и жесткой намагниченности объекта, а следовательно, уменьшение влияния нестабильности параметров Пуассона и проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта на погрешность определения индукции геомагнитного поля и ослабление зависимости определения индукции геомагнитного поля от погрешности измерения углов курса, крена, тангажа объекта. 1 ил.

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.

Известно устройство для определения магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, содержащее размещенные на подвижном объекте модульный магнитометр, углоизмерительное устройство и устройство обработки информации [1] . При этом выход модульного магнитометра и три выхода углоизмерительного устройства подключены к устройству обработки информации. В известном техническом решении углоизмерительное устройство выполнено из трехкомпонентного феррозондового магнитометра. Известное устройство работает следующим образом.

Измеряют углоизмерительным устройством углы курса, крена, тангaжa объекта синхронно с измерением модульным магнитометром значений модулей векторов магнитной индукции. Значения измеряемых углов и модулей векторов магнитной индукции поступают на устройство обработки информации, в которое вводятся также известные три коэффициента Пуассона, три суммы коэффициентов Пуассона и проекции вектора магнитной индукции на оси системы координат объекта, которая обусловлена жесткой намагниченностью объекта. Три коэффициента Пуассона, три суммы коэффициентов Пуассона и вектор магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта предварительно определяют на специально оборудованном стенде с известным модулем вектора индукции геомагнитного поля при отсутствии объекта по методике, изложенной в работе [2]. По результатам измеренных модулей магнитной индукции, углов курса, крена, тангажа объекта, известных трех коэффициентов Пуассона, трех сумм коэффициентов Пуассона и вектору магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта устройство обработки информации определяет модули векторов магнитной индукции геомагнитного поля при различных местоположениях движущегося объекта по методике, изложенной в упомянутой работе [2].

Однако коэффициенты Пуассона, обусловленные мягкой намагниченностью объекта, и вектор магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта в течение времени не остаются постоянными, так как являются функциями многих параметров, например температуры, изменения ферромагнитной массы объекта, механических воздействий на объект, в частности ударов волн о корпус судна, которое может выполнять роль подвижного объекта [3]. Нестабильность в течение времени коэффициентов Пуассона и жесткой намагниченности объекта приводит к существенной погрешности определения модуля индукции геомагнитного поля. Известное техническое решение не обеспечивает корректировку коэффициентов Пуассона при отсутствии сведений об индукции геомагнитного поля, например, в акватории магнитной съемки. Кроме того, известное техническое решение создано для реализации алгоритма определения модуля вектора индукции геомагнитного поля, когда магнитная индукция объекта в месте размещения модульного датчика, обусловленная мягкой и жесткой намагниченностью объекта, существенно меньше индукции геомагнитного поля и составляет десятки нанотеслов [1, 4]. В том случае, когда магнитная индукция объекта в месте размещения модульного датчика составляет единицы тысяч нанотеслов, погрешность определения модуля вектора индукции геомагнитного поля существенно возрастает.

Известно устройство для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта [5], которое по совокупности существенных признаков наиболее близко предлагаемому и принято за прототип. Известное устройство состоит из размещенных на подвижном объекте трехкомпонентного магнитометрического датчика с взаимно ортогональными осями трех усилительно-преобразовательных блоков, первые входы которых подключены к выходам упомянутого датчика, генератора переменных напряжений, первый выход которого подключен к входу трехкомпонентного датчика, а второй выход - к вторым входам усилительно-преобразовательных блоков, регистрирующего блока, входы которого подключены к выходам усилительно-преобразовательных блоков, углоизмерительного устройства, выходы которого подключены к трем дополнительным входам регистрирующего блока, выполненного с возможностью регистрации сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции и углов курса, крена, тангажа объекта, и устройства обработки информации, подключенного к выходу регистрирующего блока.

Известное устройство работает следующим образом. На вход трехкомпонентного магнитометрического датчика, в частности феррозонда, подается с генератора переменное напряжение, возбуждающее этот датчик. В результате на выходах датчика появляются три ЭДС второй гармоники, каждая из которых пропорциональна проекции вектора магнитной индукции на соответствующую магнитную ось датчика [6, с.66]. Выходные сигналы с датчика усиливаются и детектируются в соответствующих усилительно-преобразовательных блоках. Для детектирования сигналов на вторые входы усилительно-преобразовательных блоков подается переменное напряжение с генератора переменных напряжений. На входы регистрирующего блока поступают сигналы с выходов усилительно-преобразовательных блоков, пропорциональные проекциям векторов магнитной индукции при изменении местоположения объекта, и выходные сигналы с углоизмерительного устройства, пропорциональные углам курса, крена, тангажа объекта. Регистрирующий блок обеспечивает синхронную регистрацию сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции и углов курса, крена, тангажа объекта, и передачу их на устройство обработки информации, при введении в которое всех девяти коэффициентов (параметров) Пуассона и проекций вектора магнитной индукции объекта на оси чувствительности датчика, обусловленной жесткой намагниченностью объекта, осуществляется определение проекций индукции геомагнитного поля на оси выбранной опорной системы координат. При этом параметры Пуассона и вектор магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта предварительно определяют на стенде с известным модулем вектора индукции геомагнитного поля при отсутствии объекта, например, по методике, изложенной в работах [5, 7].

Параметры Пуассона, обусловленные мягкой намагниченностью объекта, и проекции вектора магнитной индукции объекта на оси датчика, обусловленные жесткой намагниченностью объекта, в течение времени не остаются постоянными, так как являются функциями многих внешних воздействий, например температуры среды, изменения ферромагнитной массы объекта, механических воздействий на объект, в частности ударов волн о корпус судна, которое может выполнять роль подвижного объекта [3]. Нестабильность в течение времени параметров Пуассона и жесткой намагниченности объекта приводит к существенной погрешности определения проекций вектора индукции геомагнитного поля. Известное техническое решение не обеспечивает корректировку параметров Пуассона при отсутствии сведений об индукции геомагнитного поля, например, в акватории проведения магнитной съемки. Кроме того, в известных технических решениях [1, 2, 5, 7] для определения индукции геомагнитного поля необходимы сведения не только о параметрах Пуассона объекта, проекциях вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта в месте размещения трехкомпонентного датчика и измеренной магнитной индукции с помощью этого датчика, но и сведения об углах курса, крена, тангажа объекта. Погрешности измерения упомянутых углов курса, крена, тангажа объекта могут привести к существенной погрешности определения индукции геомагнитного поля.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, уменьшающего влияние изменения индуктивной и жесткой намагниченности объекта, а следовательно, уменьшающего влияние нестабильности параметров Пуассона и проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта на погрешность определения индукции геомагнитного поля и существенно ослабляющего влияние погрешности измерения углов курса, крена, тангажа объекта на погрешность определения индукции геомагнитного поля. Поставленная задача решается за счет изменения углового положения объекта и измерения углоизмерительным устройством углов курса, крена, тангажа в опорной системе координат синхронно с измерением проекций векторов магнитной индукции двумя трехкомпонентными датчиками, жестко связанными с объектом. Кроме того, поставленная задача решается за счет компенсации проекций векторов магнитной индукции от намагниченности объекта на оси соответствующих двух трехкомпонентных датчиков.

Предлагаемое устройство для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, включающее размещенные на объекте трехкомпонентный магнитометрический датчик, три усилительно-преобразовательных блока, первые входа которых подключены к соответствующим выходам трехкомпонентного датчика, генератор переменных напряжений, первый выход которого подключен к первому входу трехкомпонентного датчика, а второй выход - к вторым входам усилительно-преобразовательных блоков, регистрирующий блок, первые три входа которого подключены к соответствующим выходам первого, второго и третьего усилительно-преобразовательных блоков, углоизмерительное устройство, три выхода которого подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам регистрирующего блока, выполненного с возможностью синхронной регистрации сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции и углов курса, крена, тангажа объекта, и устройство обработки информации, подключенное к выходу регистрирующего блока, снабжено вторым трехкомпонентным магнитометрическим датчиком, четвертым, пятым и шестым усилительно-преобразовательными блоками и блоком сложения, у которого первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы подключены к соответствующим выходам первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков, а седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый входы блока сложения подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому выходам устройства обработки информации, первые входы четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков подключены к соответствующим выходам второго трехкомпонентного датчика, третий выход генератора переменных напряжений подключен к первому входу второго трехкомпонентного датчика, а четвертый выход - к вторым входам четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков, выходы которых подключены к седьмому, восьмому и девятому входам регистрирующего блока, первый, второй и третий выходы блока сложения подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам первого трехкомпонентного датчика, а четвертый, пятый и шестой выходы блока сложения подключены к второму, третьему и четвертому входам второго трехкомпонентного датчика, при этом устройство обработки информации выполнено с возможностью определения параметров Пуассона, проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта и формирования сигналов, пропорциональных проекциям векторов магнитной индукции от намагниченности объекта в местах размещения первого и второго трехкомпонентных датчиков.

Применение в предлагаемом техническом решении размещенных на подвижном объекте трехкомпонентного магнитометрического датчика, трех усилительно-преобразовательных блоков, генератора переменных напряжений, регистрирующего блока, углоизмерительного устройства и устройства обработки информации в совокупности с вторым трехкомпонентным магнитометрическим датчиком, четвертым, пятым и шестым усилительно-преобразовательными блоками и блоком сложения, включенных между собой определенным образом, обеспечивает определение индукции геомагнитного поля по измеренным проекциям вектора магнитной индукции, известным параметрам Пуассона, проекциям вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта при отсутствии сведений об углах курса, крена, тангажа и возможность корректировки параметров Пуассона при отсутствии сведений об индукции геомагнитного поля, например, в акватории проведения магнитной съемки, что существенно снижает погрешность определения индукции геомагнитного поля от погрешности измерения углового положения и намагниченности объекта. Кроме того, предлагаемое техническое решение обеспечивает компенсацию проекций векторов магнитной индукции от индуктивной и жесткой намагниченности объекта в местах размещения трехкомпонентных датчиков, что снижает погрешность определения индукции геомагнитного поля.

Таким образом, технический результат предлагаемого устройства для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта выражается в возможности корректировки параметров Пуассона, проекций векторов магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта в местах размещения трехкомпонентных датчиков при отсутствии каких-либо сведений об индукции геомагнитного поля в рабочем районе нахождения объекта, в частности в районе проведения магнитной съемки, компенсации проекций векторов магнитной индукции от индуктивной и жесткой намагниченности объекта на оси трехкомпонентных датчиков в местах размещения этих датчиков и определении индукции геомагнитного поля при известных параметрах Пуассона и проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта, не располагая сведениями об углах курса, крена, тангажа объекта. Все это существенно снижает погрешность определения индукции геомагнитного поля от нестабильности параметров Пуассона, проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта и погрешности измерения углов курса, крена, тангажа.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется следующими графическими материалами.

На чертеже изображена структурная схема устройства для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта.

Предлагаемое устройство для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта состоит (см. чертеж) из двух трехкомпонентных магнитометрических датчиков 1 и 2, оси которых коллинеарны осям OX, OY, OZ декартовой системы координат OXYZ, шести усилительно-преобразовательных блоков 3-8, генератора переменных напряжений 9, регистрирующего блока 10, углоизмерительного устройства 11, устройства обработки информации 12, блока сложения 13 и подвижного объекта 14, на котором размещены датчики 1 и 2, блоки 3-8, 10 и 13, устройства 11 и 12. Первые входы блоков 3-5 подключены к соответствующим выходам датчика 1, первые входы блоков 6-8 подключены к соответствующим выходам датчика 2. Выходы блоков 3-5 подключены соответственно к первым, вторым и третьим входам блоков 10 и 13, а выходы блоков 6-8 подключены к седьмому, восьмому и девятому входам блока 10 и к четвертому, пятому и шестому входам блока 13. Три выхода устройства 11 подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам блока 10, выход которого подключен к устройству 12. Первый выход генератора 9 подключен к первому входу датчика 1, второй выход генератора 9 подключен к вторым входам блоков 3-5, третий выход генератора 9 подключен к первому входу датчика 2 и четвертый выход генератора 9 подключен к вторым входам блоков 6-8. Седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый входы блока 13 подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому выходам устройства 12. Первый А₁, второй А₂ и третий А₃ выходы блока 13 подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам датчика 1, а четвертый А₄, пятый А₅ и шестой А₆ выходы блока 13 подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам датчика 2.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. На первые входы датчиков 1 и 2 (см. чертеж) подается с генератора 9 переменное напряжение, перемагничивающее магниточувствительные элементы датчиков 1 и 2, например, пермаллоевые сердечники феррозондов [6]. В результате этого на трех выходах каждого из датчиков 1 и 2 появляются ЭДС четных гармоник, которые пропорциональны проекциям векторов магнитной индукции внешнего магнитного поля на соответствующие магнитные оси каждого из датчиков 1 и 2 [6, с.66-69]. Выходные сигналы с датчиков 1 и 2 усиливаются и детектируются в соответствующих блоках 3-8. Для детектирования сигналов на вторые входы блоков 3-5 подается переменное напряжение с второго выхода генератора 9, а на вторые входы блоков 6-8 подается переменное напряжение с четвертого выхода генератора 9. На второй, третий и четвертый входы датчика 1 подаются через блок 13 продетектированные сигналы с выходов соответствующих блоков 3-5, а на второй, третий и четвертый входы датчика 2 подаются через блок 13 продетектированные сигналы с выходов соответствующих блоков 6-8, обеспечивающие отрицательную обратную связь по измеряемым сигналам [6, с.108-121]. На входы блока 10 поступают сигналы с выходов блоков 3-8, пропорциональные проекциям векторов магнитной индукции, и сигналы с выходов устройства 11, пропорциональные углам курса, крена, тангажа объекта 14. Блок 10 обеспечивает синхронную регистрацию сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции и углов курса, крена, тангажа объекта 14, и передачу их на устройство 12. Изменяя угловое положение объекта 14, измеряют проекции векторов магнитной индукции В_x1i, В_y1i, В_z1i на оси датчика 1 и проекции векторов магнитной индукции B_x2i, В_y2i, В_z2i на оси датчика 2 синхронно с измерением углов курса, крена, тангажа объекта 14, по крайней мере, для десяти угловых положений объекта 14, отличающихся друг от друга. По измеренным В_x1i, В_y1i, В_z1i и В_x2i, В_y2i, В_z2i, углам курса, крена, тангажа определяют в местах размещения датчиков 1 и 2 проекции векторов магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта 14 и произведения параметров Пуассона на проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля из следующих уравнений: B_x1i = (1+a₁)F_1i + b₁F_2i + с₁F_3i + B_xp1; B_y1i = d₁F_1i + (1+e₁)F_2i + f₁F_3i + B_yp1; B_z1i = q₁F_1i + h₁F_2i + (1+k₁)F_3i + B_zp1; B_x2i = (1+a₂)F_1i + b₂F_2i + c₂F_3i + B_xp2; B_y2i = d₂F_1i + (1+e₂)F_2i + f₂F_3i + B_yp2; B_z2i = q₂F_1i + h₂F_2i + (1+k₂)F_3i + B_zp2, где F_1i = l_1iB_xт + m_1iB_yт + n_1iB_zт; F_2i = l_2iB_xт + m_2iB_yт + n_2iB_zт; F_3i = l_3iB_xт + m_3iB_yт + n_3iB_zт;
a₁, b₁, c₁, d₁, e₁, f₁, q₁, h₁, k₁ и a₂, b₂, c₂, d₂, e₂, f₂, q₂, h₂, k₂ - параметры Пуассона объекта 14 в местах размещения датчиков 1 и 2;
В_xp1, В_yp1, В_zp1 и В_xp2, B_yp2, В_zp2 - проекции векторов магнитной индукции на оси датчиков 1 и 2 от жесткой намагниченности объекта 14;
(l_1i, m_1i, n_1i), (l_2i, m_2i, n_2i), (l_3i, m_3i, n_3i) - направляющие косинусы осей системы координат датчиков 1 и 2 в выбранной опорной, например, геомагнитной системе координат, являющиеся функциями углов курса, крена, тангажа объекта 14;
В_xт, В_yт, В_zт - проекции вектора индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат;
i = 1, 2,... - номера измерений проекций векторов магнитной индукции и углов курса, крена, тангажа объекта 14.

Устройством 12 (см. чертеж) осуществляется решение системы уравнений для В_x1i, В_y1i, В_z1i, В_x2i, В_y2i, В_z2i относительно неизвестных В_xpj, В_ypj, В_zpj и произведений В_xт, В_yт, В_zт на параметры Пуассона, которые обозначим через N_xsj, N_ysj, N_zsj, где S = 1, 2, 3,..., 9; j = 1, 2: N_x1j = (1 + a_j)B_xт, N_x2j = (1 + a_j)B_yт, N_x3j = (1 + a_j)B_zт, N_x4j = b_jB_xт, N_x5j = b_jB_yт, N_x6j = b_jB_zт, N_x7j = C_jB_xт, N_x8j = C_jB_yт, N_x9j = C_jB_zт, N_y1j = d_jB_xт, N_y2j = d_jB_yт, N_y3j = d_jB_zт, N_y4j = (1 + e_j)B_xт, N_y5j = (1 + e_j)B_yт, N_y6j = (1 + e_j)B_zт, N_y7j = f_jB_xт, N_y8j = f₁B_yт, N_y9j = f₁B_zт, N_z1j = q_jB_xт, N_z2j = q_jB_yт, N_z3j = q_jB_zт, N_z4j = h_jB_xт, N_z5j = h_jB_yт, N_z6j = h_jB_zт, N_z7j = (1 + k_j)B_xт, N_z8j = (1 + k_j)B_yт, N_z9j = (1 + k_j)B_zт.

Из выражений N_xsj, N_ysj, N_zsj определяют (1+a_j)B_т = (N² _x1j+N² _x2j+N² _x3j)^1/2, b_jB_т = (N² _x4j+N² _x5j+N² _x6j)^1/2, C_jB_т = (N² _x7j+N² _x8j+N² _x9j)^1/2, d_jB_т = (N² _y1j+N² _y2j+N² _y3j)^1/2, (1+e_j)B_т = (N² _y4j+N² _y5j+N² _y6j)^1/2, f_jB_т = (N² _y7j+N² _y8j+N² _y9j)^1/2, q_jB_т = (N² _z1j+N² _z2j+N² _z3j)^1/2, h_jB_т = (N² _z4j+N² _z5j+N² _z6j)^1/2, (1+k_j)B_т = (N² _z7j+N² _z8j+N² _z9j)^1/2, где B_т = (B² _xт+B² _yт+B² _zт)^1/2.

Обозначим (N² _x1j+N² _x2j+N² _x3j)^1/2 = R_1j, (N² _y4j+N² _y5j+N² _y6j)^1/2 = R_2j, (N² _z7j+N² _z8j+N² _z9j)^1/2 = R_3j. По известным модулю вектора индукции геомагнитного поля В_т при отсутствии объекта 14 (см. чертеж) и R_1j, R_2j, R_3j определяют параметры Пуассона a_j = (R_1j/B_т) - 1, e_j = (R_2j/B_т) - 1, k_j = (R_3j/B_т) - 1. Подставляя, например, a_j в N_x1j, N_x2j, N_x3j для j=1 или j=2 определяют В_xт, В_yт, В_zт. Затем, подставив В_xт, В_yт, В_zт в N_xsj, N_ysj, N_zsj определяют остальные параметры Пуассона в местах размещения датчиков 1 и 2.

Каждый из параметров Пуассона равен произведению магнитной восприимчивости объекта (тела) на производную второго порядка гравитационного потенциала, созданного намагниченным объектом 14 (см. чертеж), по соответствующим проекциям радиус-вектора выбранной точки пространства (в частности, в точке пространства, в которой размещен датчик 1 и в точке пространства, в которой размещен датчик 2) в предположении, что плотность объекта равна обратной величине гравитационной постоянной [3, 8]. Поэтому изменение параметров Пуассона объекта 14 для каждой из двух рядом выбранных точек пространства, жестко связанных с объектом, будет зависеть в основном от нестабильности магнитной восприимчивости объекта, обусловленной, например, изменением температуры окружающей среды, напряженности магнитного поля и механических воздействий на объект. В таком случае отношение одноименных параметров Пуассона, в частности a₁/a₂ = λ_a, e₁/e₂ = λ_e, k₁/k₂ = λ_к, в местах размещения датчиков 1 и 2 можно считать постоянным. Постоянство λ_a,λ_e,λ_k дает возможность осуществлять корректировку параметров Пуассона объекта, например, в акватории проведения магнитной съемки при отсутствии каких-либо сведений о геомагнитном поле. При этом расстояние между датчиками 1 и 2 выбирают из условий минимально допустимого влияния магнитных полей, например, воспроизводимых токами компенсации этих датчиков [6]; выполнения, по крайней мере, одного из трех неравенств a₁≠a₂, e₁≠e₂, k₁≠k₂; одинаковых внешних воздействий, в частности температурных, механических и т.д.

Корректировку параметров Пуассона можно осуществить следующим образом. Предположим, что параметры Пуассона объекта были определены перед выходом объекта в район проведения магнитной съемки, при этом λ_a ≠ 1. В течение времени, например, за время следования объекта в район проведения магнитной съемки намагниченность объекта может измениться, а следовательно, изменятся параметры Пуассона и вектор магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта, что приведет к погрешности определения индукции геомагнитного поля. Для корректировки параметров Пуассона и проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта изменяют и измеряют углы курса, крена, тангажа объекта синхронно с измерением проекций векторов магнитной индукции датчиками 1 и 2 (см. чертеж), по крайней мере, для десяти угловых положений объекта 14, отличающихся друг от друга. Измеренные проекции векторов магнитной индукции B'_x1i, В'_y1i, В'_z1i и В'_x2i, B'_y2i, В'_z2i можно представить в виде уравнений, аналогичных для уравнений В_x1i, В_y1i, В_z1i, В_x2i, В_y2i, В_z2i, решением которых являются проекции векторов магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта В'_xp1, B'_yp1, В'_zp1 в месте размещения датчика 1, В'_xp2, B'_yp2, В'_zp2 в месте размещения датчика 2 и выражения N'_xsj, N'_ysj, N'_zsj, аналогичные N_xsj, N_ysj, N_zsj, в которых a_j, b_j, c_j, d_j, e_j, f_j, q_j, h_j, k_j следует заменить на a'_j, b'_j, c'_j, d'_j, e'_j, f'_j, q'_j, h'_j, k'_j.

По известным N'_x11, N'_y21, N'_x31 N'_x12, N'_x22, N'_x32 и λ_a определяют a'₂ = [(R'₁₁/R'₁₂)-1]/(λ_a-R'₁₁/R'₁₂); где R'₁₁ = [(N_x11)² + (N_x21)² + (N_x31)²]^1/2, R'₁₂ = [(N_x12)² + (N_x22)² + (N_x32)²]^1/2.

Подставляя, например a'₁ в N'_x11, N'_x21, N'_x31, определяют проекции вектора индукции геомагнитного поля В'_xт, В'_yт, В'_zт в исследуемом районе. Затем, подставив В'_xт, В'_yт, В'_zт в N_xsj, N_ysj, N_zsj, определяют остальные параметры Пуассона в местах размещения датчиков 1 и 2.

Далее по известным параметрам Пуассона, проекциям векторов магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта и измеренным проекциям векторов магнитной индукции на оси датчиков 1 и 2 (см. чертеж) определяют индукцию геомагнитного поля при отсутствии сведений об углах курса, крена, тангажа объекта 14 следующим образом.

Измеряют одновременно три проекции вектора магнитной индукции В_x1i, В_y1i, В_z1i на оси датчика 1 (см. чертеж) и три проекции вектора магнитной индукции В_x2i, В_y2i, В_z2i на оси датчика 2. По измеренным В_x1i, В_y1i, В_z1i и В_x2i, В_y2i, В_z2i, например, для i = 1, которые являются функциями измеренных параметров Пуассона, проекций векторов магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта и неизвестных проекций вектора индукции геомагнитного поля В'_xт, В'_yт, В'_zт на оси датчиков 1 и 2, в устройстве 12 осуществляется решение двух систем уравнений относительно неизвестных В'_xт, В'_yт, В'_zт. Эти уравнения можно представить в следующем виде:
B_x1i - B_xp1 = (1 + a₁)B'_xт + b₁B'_yт + c₁B'_zт;
B_y1i - B_yp1 = d₁B'_xт + (1 + e₁)B'_yт + f₁B'_zт;
B_z1i - B_zp1 = q₁B'_xт + h₁B'_yт + (1 + k₁)B'_zт;
B_x2i - B_xp2 = (1 + a₂)B'_xт + b₂B'_yт + c₂B'_zт;
B_y2i - B_yp2 = d₂B'_xт + (1 + e₂)B'_yт + f₂B'_zт;
B_z2i - B_zp2 = q₂B'_xт + h₂B'_yт + (1 + k₂)B'_zт.

Определяют В'_xт, В'_yт, В'_zт из системы уравнений для B_x1i-B_xp1, B_y1i-B_yp1, B_z1i-B_zp1 или из системы уравнений для B_x2i-B_xp2, B_y2i-B_yp2, B_z2i-B_zp2, а затем находят модуль вектора индукции геомагнитного поля В_т и проекции векторов магнитной индукции на оси датчиков 1 и 2 от индуктивной и жесткой намагниченности объекта 14 из следующих выражений:
B_т = [(B'_xт)² + (B'_yт)² + (B'_zт)²]^1/2;
B_xн1i = a₁B'_xт + b₁B'_yт + c₁B'_zт + B_xp1;
B_yн1i = d₁B'_xт + e₁B'_yт + f₁B'_zт + B_yp1;
B_zн1i = q₁B'_xт + h₁B'_yт + k₁B'_zт + B_zp1;
B_xн2i = a₂B'_xт + b₂B'_yт + c₂B'_zт + B_xp2;
B_yн2i = d₂B'_xт + e₂B'_yт + f₂B'_zт + B_yp2;
B_zн2i = q₂B'_xт + h₂B'_yт + k₂B'_zт + B_zp2.

Устройство 12 создает напряжения, пропорциональные В_xн1i, В_yн1i, В_zн1i, и В_xн2i, В_yн2i, В_zн2i, с помощью которых в местах размещения датчиков 1 и 2 воспроизводятся проекции векторов магнитной индукции на оси датчика 1 и оси датчика 2, равные по величине и противоположные по направлению соответствующим проекциям векторов магнитной индукции В_н1i{В_xн1i, В_yн1i, В_zн1i} и обеспечивая тем самым отрицательную обратную связь по магнитному полю от индуктивной и жесткой намагниченности объекта 14. Для этого напряжения, пропорциональные В_xн1i, В_yн1i, В_zн1i и В_xн2i, В_yн2i, В_zн2i, с выходов устройства 12 подаются на блок сложения 13. С выходов блока 13 напряжения, пропорциональные В_xн1i, В_yн1i, В_zн1i, подаются на входы датчика 1, а напряжения, пропорциональные В_xн2i, В_yн2i, В_zн2i, подаются на входы датчика 2. По каждым последующим измерениям (i = 1, 2, 3,...) проекций векторов магнитной индукции в местах размещения датчиков 1 и 2, известным параметрам Пуассона и проекциям векторов магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта 14 с учетом действия предшествующей отрицательной обратной связи по магнитному полю для датчика 1 и от предшествующей отрицательной обратной связи по магнитному полю для датчика 2 от намагниченности объекта 14 осуществляется устройством 12 корректировка этих отрицательных обратных связей от изменившихся проекций вектора индукции геомагнитного поля на оси датчиков 1 и 2, обусловленных, например, изменением углового положения объекта 14 и изменением вектора индукции геомагнитного поля. Отрицательная обратная связь по магнитному полю от намагниченности объекта 14 (от индуктивной и жесткой намагниченности объекта) обеспечивает расширение динамического диапазона измерения индукции геомагнитного поля, линейность, стабильность коэффициентов передачи блоков и устройств предлагаемого технического решения, а также возможность уточнять определяемые значения параметров Пуассона и проекций вектора индукции магнитного поля от жесткой намагниченности объекта при их определении.

В рассмотренном техническом решении по сравнению с известными [1, 2, 5, 7] для определения модуля вектора индукции геомагнитного поля не требуется информация об углах курса, крена, тангажа объекта при наличии сведений о параметрах Пуассона и проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта. Сведения об углах курса, крена, тангажа нужны только для определения параметров Пуассона и проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта. Компенсация же проекций вектора магнитной индукции от намагниченности объекта как в датчике 1, так и в датчике 2, осуществляемая отрицательной обратной связью, обеспечивает повышение точности определения индукции геомагнитного поля. Кроме того, предложенное техническое решение обеспечивает возможность корректировки параметров Пуассона при отсутствии сведений об индукции геомагнитного поля, например, в акватории проведения магнитной съемки, что существенно снижает погрешность определения индукции геомагнитного поля от нестабильности намагниченности объекта.

В предложенном техническом решении (см. чертеж) датчики 1 и 2, блоки 3-8, генератор 9 выполнены аналогично устройству для измерения параметров магнитного поля [6] . Углоизмерительным устройством 11 может быть гиростабилизированная платформа, обеспечивающая измерение трех углов вращения объекта с погрешностью 0,5 угловых минут [9]. Регистрирующий блок 10 и устройство обработки информации 12 могут быть реализованы преобразователем измерительным многоканальным (ПИМ-1, сертификат 15660, Госстандарт России), разработанным АО "АТИС" (г. С.-Петербург). Блок сложения 13 может быть выполнен по схемам масштабных усилителей [10].

Литература
1. Резник Э.Е., Канторович В.А. Некоторые вопросы компенсации магнитных полей самолета//Геофизическое приборостроение. - Л.: "Недра". 1964. Вып.18. С.26-38.

2. Лысенко А.П. Теория и методы компенсации магнитных помех// Геофизическое приборостроение. - Л.: Изд-во Мингеологии и охраны недр СССР. ОКБ. 1960. Вып. 7. С.44-58.

3. Кожухов В.П., Воронов В.В., Григорьев В.В. Магнитные компасы. - М.: Транспорт. 1981. 216 с.

4. Вацуро А.Э., Цирель B.C. Измерения и компенсация магнитных помех самолета АН-2//Геофизическая аппаратура. - Л.: "Недра". Вып.69. 1979. С.73-100.

5. Пат. 2069818 РФ. Способ определения коэффициентов Пуассона подвижного объекта и устройство для его осуществления/ Б.М. Смирнов//Бюл. изобрет. 1997. 32.

6. Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. - Л.: "Энергоатомиздат". 1986. 188 с.

7. Решение задачи магнитной совместимости датчика тесламетра с подвижным объектом// Измерительная техника. - 1997. - 9. - С.44-46.

8. Яновский Б.М. Земной магнетизм. - Л.: ЛГУ. 1978. 592 с.

9. Теория и конструкция гироскопических приборов и систем.// И.В. Одинова, Г.Д. Блюмин, А.В. Карпухин и др. Высшая школа. 1971. 508 с.

10. Гутников B. C. Применение операционных усилителей в измерительной технике. - Л.: "Энергия". 1975. 120 с.

Формула изобретения

Устройство для определения индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, включающее размещенные на объекте трехкомпонентный магнитометрический датчик, три усилительно-преобразовательных блока, первые входы которых подключены к соответствующим выходам трехкомпонентного датчика, генератор переменных напряжений, первый выход которого подключен к первому входу трехкомпонентного датчика, а второй выход - к вторым входам усилительно-преобразовательных блоков, регистрирующий блок, первые три входа которого подключены к соответствующим выходам первого, второго и третьего усилительно-преобразовательных блоков, углоизмерительное устройство, три выхода которого подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам регистрирующего блока, выполненного с возможностью синхронной регистрации сигналов, пропорциональных значениям проекций векторов магнитной индукции и углов курса, крена, тангажа объекта, и устройство обработки информации, подключенное к выходу регистрирующего блока, отличающееся тем, что оно снабжено вторым трехкомпонентным магнитометрическим датчиком, четвертым, пятым и шестым усилительно-преобразовательными блоками и блоком сложения, у которого первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы подключены к соответствующим выходам первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков, а седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый входы блока сложения подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому выходам устройства обработки информации, первые входы четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков подключены к соответствующим выходам второго трехкомпонентного датчика, третий выход генератора переменных напряжений подключен к первому входу второго трехкомпонентного датчика, а четвертый выход - к вторым входам четвертого, пятого и шестого усилительно-преобразовательных блоков, выходы которых подключены к седьмому, восьмому и девятому входам регистрирующего блока, первый, второй и третий выходы блока сложения подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам первого трехкомпонентного датчика, а четвертый, пятый и шестой выходы блока сложения подключены к второму, третьему и четвертому входам второго трехкомпонентного датчика, при этом устройство обработки информации выполнено с возможностью определения параметров Пуассона, проекций вектора магнитной индукции от жесткой намагниченности объекта и формирования сигналов, пропорциональных проекциям векторов магнитной индукции от намагниченности объекта в местах размещения первого и второго трехкомпонентных датчиков.

РИСУНКИ

Рисунок 1