способ разделения магнитных помех носителя магнитометра

Формула изобретения

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ МАГНИТНЫХ ПОМЕХ НОСИТЕЛЯ МАГНИТОМЕТРА, включающий выполнение периодических эволюций носителя по углам продольного и поперечного кренов, одновременные измерения модуля вектора магнитной индукции (ВМИ) по сигналам модульного магнитометра и ортогональных компонент ВМИ по сигналам вспомогательных компонентных магнитометров и определение эквивалентных значений составляющих помехи в процессе совместной обработки полученной информации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности разделения помех, дополнительно аналогичным образом определяют эквивалентные значения составляющих магнитных помех в районе со значением вертикальной составляющей ВМИ геомагнитного поля Z₂, отличающимся от значения в первом районе Z₁ не менее чем на 20% и по измеренным эквивалентным значениям составляющих помех в двух различных районах раздельно определяют составляющие постоянных и индуктивных помех на основе соотношений







где Z₁ и Z₂ вертикальные составляющие ВМИ геомагнитного поля в двух районах соответственно;

Z_р вертикальная составляющая постоянного поля носителя;

диагональные индуктивные коэффициенты помех носителя;

эквивалентные значения составляющих помех в двух районах соответственно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к магнитным измерениям и предназначено для разделения магнитных помех носителей на составляющие, в частности при аэромагнитных геофизических исследованиях.

Известны способы компенсации помех носителя, реализуемые с помощью геофизических аэромагнитометров, располагаемых на самолете или другом носителе и снабженных компенсаторами магнитных помех [1]

Компенсатор магнитных помех содержит трехкомпонентные компенсационные катушки для создания в объеме магнитометра магнитные поля, равного по величине и противоположного по направлению магнитному полю носителя.

Компенсационные токи устанавливают с помощью управляемых делителей, подключенных к источнику постоянного напряжения для компенсации постоянных помех и к выходам вспомогательных компонентных магнитометров для компенсации индуктивных помех.

Настройку компенсатора помех выполняют путем поочередной регулировки управляемых делителей в процессе периодических угловых эволюций носителя по углам продольного и поперечного кренов на четырех магнитных курсах.

Регулируя управляемые делители, компенсируют периодические изменения выходного сигнала аэромагнитометра.

Недостаток этого известного способа состоит в том, что он не обеспечивает раздельного определения постоянных и индуктивных помех.

При смене района магнитной съемки изменяется угол магнитного наклонения и, как показали исследования, магнитные помехи постоянного и индуктивного намагничивания изменяются по разному и возникают погрешности компенсации помех.

Наиболее близким для данного технического решения является способ разделения магнитных помех носителя на составляющие, который включает выполнение периодических угловых эволюций по углам продольного и поперечного кренов, одновременное измерение модуля вектора магнитной индукции (ВМИ) по сигналам модульного магнитометра, моделирование функций магнитных помех по сигналам вспомогательных компонентных магнитометров и определение составляющих магнитных помех носителя путем разложения измеренных приращений модуля ВМИ по системе функций магнитных помех [2]

Недостаток способа-прототипа, также как и недостаток вышеописанного аналога состоит в том, что он не обеспечивает необходимой точности разделения помех, вследствие чего при изменении района аэромагнитной съемки возникают дополнительные погрешности компенсации помех и точность магнитной съемки снижается.

Цель изобретения повышение точности разделения помех.

Указанная цель достигается тем, что в способе разделения магнитных помех, включающем выполнение периодических эволюций носителя по углам продольного и поперечного крена, одновременные измерения модуля вектора магнитной индукции (ВМИ) по сигналам модульного магнитометра и ортогональных компонентов ВМИ по сигналам вспомогательных компонентных магнитометров и определение эквивалентных значений составляющих магнитных помех в процессе совместной обработки полученной информации, дополнительно аналогичным образом определяют эквивалентные значения составляющих магнитных помех в районе со значением вертикальной составляющей ВМИ геомагнитного поля Z₂ отличающемся от значения в первом районе Z₁ не мене чем на 20% и по измеренным эквивалентным значениям составляющих помех в двух различных районах раздельно определяют составляющие постоянных и индуктивных помех на основе соотношений

X=

Y=

Z_p= где Z₁ и Z₂ вертикальные составляющие ВМИ геомагнитного поля в двух районах соответственно,

Z_р вертикальная составляющая постоянного поля носителя;

Х_ix и Y_iy диагональные индуктивные коэффициенты помех носителя.

Введение в способ новых операций обеспечивает повышение точности разделения магнитных помех на составляющие. Реализация расчетных значений в компенсаторе магнитных помех снижает погрешности компенсации помех, делает ее всеширотной. Повышается точность аэромагнитных геофизических исследований.

Сущность способа составляют следующие операции и их очередность.

1. Выполняют периодические эволюции носителя по углам продольного и поперечного кренов на четырех магнитных курсах с одновременным измерением модуля ВМИ по сигналам модульного магнитометра и ортогональных компонентов магнитной индукции по сигналам вспомогательных компонентных магнитометров (операция прототипа).

2. Определяют эквивалентные значения составляющие магнитных помех в процессе совместной обработки информации (операция прототипа).

3. Выполняют аналогичные операции по п.п. 1 и 2 в районе со значением вертикальной составляющей ВМИ геомагнитного поля, отличающемся не менее 20% (операция новая).

4. По эквивалентным значением составляющих магнитных помех в двух районах раздельно определяют составляющие постоянных и индуктивных помех носителя (операция новая).

Подробно поясняет операции способа пример работы устройства для его осуществления, функциональная схема которого изображена на чертеже.

Устройство содержит модульный магнитометр 1, вспомогательные компонентные магнитометры 2 и 3; а также регистрирующий прибор 4, ко входам которого подключены выходы модульного магнитометра 1 и вспомогательных компонентных магнитометров 2 и 3.

Модульный магнитометр 1 и вспомогательные компонентные магнитометры 2 и 3 закреплены на носителе в месте, удаленном от источников помех (в хвостовом обтекателе или в обтекателе на консоли крыла).

Модульный магнитометр 1 выполнен в виде феррозондового самоориентирующего преобразователя модуля ВМИ в напряжение. Вспомогательные компонентные магнитометры выполнены в виде феррозондовых преобразователей компонент магнитной индукции в напряжение.

Первую операцию способа выполняют поочередно на четырех основных магнитных курсах 0, 90, 180 и 270. Эволюции по углам продольного и поперечного кренов выполняют поочередно. Выполняют 4-5 продольных кренов с амплитудой 5-7^о и периодом порядка 6 с. Результаты измерений модуля ВМИ Т и компонент магнитной индукции Х и У записывают регистрирующим прибором. Аналогично выполняют эволюции по углам поперечного крена. Амплитудные значения крена 10-12^о, период 6-8 с.

После завершения сбора информации на четырех магнитных курсах выполняют ее обработку в соответствии с методикой, изложенной в способе-прототипе. По осциллограммам определяют производные модуля вектора магнитной индукции

A

при поперечных кренах и

B

при продольных кренах на каждом из четырех магнитных курсов.

По значениям упомянутых производных рассчитывают составляющие магнитных помех на основе известных из прототипа зависимостей

X_p= (B_o+ B₁₈₀) + (B₉₀+B₂₇₀)

Y_p= (A₉₀+B₂₇₀) + (A₀ +A₁₈₀)

Y= Y-Z_p - A₉₀+A

X= X-Z_p B₀+B

X= (I₀-A₁₈₀)

Z= -B₀-B₁₈₀+B₉₀+B

Z= A₀+B₁₈₀-A₉₀-A

Здесь А₉₀, В₁₈₀ означает производные на курсах 90 и 180^осоответственно, I магнитное наклонение в районе проведения работ по компенсации, определяется по картам магнитного наклонения. Слева скобками объединены эквивалентные значения, представляющие собой сумму постоянной составляющей поля носителя Z_р и индуктивных составляющих Y_iyи X_ix.

В соответствии с расчетными значениями устанавливают с помощью градуированных делителей компенсатора магнитных помех значения компенсирующих полей, причем сумму

Y- Z_p компенсируют с помощью эквивалентного этой сумме значения Y_iyI а сумму X Z с помощью эквивалентного значения Х_iX1.

На этом операция разделения помех на составляющие в первом районе завершается.

Аналогичные операции выполняют в районе, в котором величина вертикальной компоненты ВМИ геомагнитного поля Z₂ отличается от той же составляющей в первом районе Z₁ не менее чем на 20% Значение Z определяют по измеренным значениям модуля ВМИ и значению угла магнитного наклонения

Z T sin I

Во втором районе повторяют операции 1 и 2, в результате чего еще раз определяют составляющие помехи носителя. Y_iy2 и Y_iX2 эквивалентные значения помех для этого второго района.

Полученные четыре эквивалентные значения помех Y_XI Х_ХI и Y_iX2и X_iХ2 достаточны для раздельного определения составляющих помех Z_p, X_iX,Y_iX.

Действительно,

Y= Y- Z_p

Y= Y- Z_p

X= X- Z_p

X= Y- Z_p

Отсюда получены расчетные зависимости от раздельного определения составляющих

X=

Y=

Z_p= (Y-Y)

В соответствии с этими зависимостями по измеренным эквивалентным значениям помех рассчитывают истинные значения каждой из составляющих помех Z_р, Y_iy и X_iX раздельно, и на этом операции способа завершаются. Расчетные значения устанавливаются с помощью проградуированных управляемых делителей. Вновь установленные значения постоянных и индуктивных помех обеспечивают компенсацию как в первом, так и во втором районах, компенсация становится всеширотной, благодаря чему повышается точность аэромагнитных геофизических исследований.

Выбор значения Z₂, которое должно отличаться от Z₁, не менее чем на 20% основан на сопоставлении погрешностей компенсации помех и трудоемкости их снижения. Если компенсация выполнена в районе со значением Z₁, то во всех других районах, в которых значение Z близко к значениям Z₁, компенсация достигается при тех же значениях эквивалентов помех Х_iX1 и Y_IyI, что и в первом районе. Широтная погрешность не проявляется, и применение способа нецелесообразно, поскольку для его реализации требуется проведение трудоемких работ повторной компенсации помех без ощутимого выигрыша в точности компенсации.

Повторная компенсация помех становится необходимой только в том случае, когда широтная погрешность приведет к увеличению остаточной помехи в два и более раза по сравнению с остаточной помехой в первом районе. Практически такое возрастание помехи наблюдается, если значение Z₂ отличается от Z₁ на 20 и более процентов. В этих случаях повторная компенсация становится оправданной, поскольку она существенно снижает остаточную помеху, а реализация способа обеспечивает компенсацию широтной погрешности.

Рассмотрим конкретный пример реализации способа.

Компенсация магнитных помех выполнена дважды: в процессе магнитной съемки в районе Черного моря (Z₁ 41500 нТл) и после перелета в районе шельфа Баренцева моря (Z₂ 53500 нТл) (поскольку во втором районе уровень остаточной помехи возрос примерно в 2 раза). В первом районе компенсация достигнута при значениях эквивалентом помех Х_iX1= 5,610^-4, Y_iyI 1,1x10^-14. Во втором районе значения эквивалентов составили: Х_iХ2 5,810^-4 и Y_iy2 1,310^-4 относительных единиц. В соответствии с расчетными соотношениями формулы изобретения по эквивалентам магнитных в других различных районах рассчитаны и введены с помощью компенсатора истинные значения компенсирующих составляющих помех.

Х_iX=-6,510 ^-4;Y_iy=210 ^-4и Z_р 7,5 нТл.

Благодаря раздельному определению указанных составляющих помех широтная погрешность была скомпенсирована и остаточная помеха не превышала допустимого уровня в обоих районах при этих же значениях компенсирующих составляющих помех.

Предложенный способ может быть реализован не только при ручной настройке компенсатора магнитных помех. Он пригоден также для варианта компенсации магнитных помех с автоматической настройкой, при котором определение эквивалентных значений помех и ввод компенсирующих коэффициентов осуществляется автоматически. Для этого достаточно ввести дополнительную программу расчета истинных значений помех по их эквивалентам.