Способ разделения магнитных помех носителя магнитометра

 

Использование: для разделения магнитных помех на составляющие, в частности при аэромагнитных геофизических исследованиях. Сущность изобретения: кроме обычных периодических эволюций носителя по углам продольного и поперечного кренов с одновременным измерением модулем вектора магнитной индукции (ВМИ) и ортогональных компонент ВМИ выполняемых при реализации известного способа, дополнительно определяют эквивалентные значения составляющих магнитных помех в районе со значением вертикальной составляющей ВМИ геомагнитного поля Z, отличающимся от значения в первом районе Z 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, приведенных в формуле и описании. 1 ил.

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= 5,6˙10^-4, Y_iyI 1,1x10^-14. Во втором районе значения эквивалентов составили: Х_iХ2 5,8˙10^-4 и Y_iy2 1,3˙10^-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=-6,5˙10 ^-4;Y_iy=2˙10 ^-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.

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1