Способ определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта (варианты)

 

Использование: 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. Технический результат заключается в исключении влияния магнитного поля подвижного объекта на определяемые параметры. Способ определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта заключается в измерении углов курса, крена, тангажа подвижного объекта относительно опорной системы координат объекта синхронно с измерением проекций векторов магнитной индукции на оси системы координат подвижного объекта в первой точке пространства. Указанные проекции определяются как при отсутствии, так и при наличии во второй точке пространства образца из магнитомягкого железа с известными в первой точке пространства коэффициентами Пуассона и проекциями вектора магнитной индукции образца, обусловленной его жесткой намагниченностью, при углах курса, крена, тангажа объекта при наличии образца, соответственно равным углам курса, крена, тангажа при отсутствии образца. По второму варианту измеряют проекции векторов магнитной индукции на оси системы координат объекта в первой точке пространства, жестко связанной с системой координат подвижного объекта, при двух положениях во второй точке пространства образца из магнитомягкого железа с известными в первой точке пространства коэффициентами Пуассона и проекциями векторов магнитной индукции образца, обусловленной его жесткой намагниченностью. Синхронное измерение упомянутых углов курса, крена, тангажа и проекций векторов магнитной индукции при скорости изменения положения образца от предыдущего положения до последующего, существенно превышающей скорость изменения углов курса, крена, тангажа объекта. 2 с.п.ф-лы, 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.

Известен способ определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта [1]. Способ заключается в измерении в выбранном месте пространства модуля вектора магнитной индукции при отсутствии подвижного объекта, размещении подвижного объекта в упомянутом месте пространства, в изменении, по крайней мере, двух из трех углов курса, крена, тангажа объекта, измерении этих углов в процессе их изменения и определении по измеренным углам направляющих косинусов каждой оси системы координат объекта в опорной системе координат, измерении проекций векторов магнитной индукции синхронно с измерениями углов курса, крена и тангажа, выборе проекций десяти векторов магнитной индукции, при которых направляющие косинусы осей системы координат объекта различны при каждом измерении упомянутых проекций, и определении проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля, коэффициентов Пуассона и проекций постоянного магнитного поля объекта по измеренным модулю вектора магнитной индукции при отсутствии объекта и проекциям десяти векторов магнитной индукции, заданных в виде функций направляющих косинусов измеренных углов курса, крена, тангажа и неизвестных параметров, которыми являются проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат, проекции постоянного магнитного поля объекта и коэффициенты Пуассона объекта. Затем по известным коэффициентам Пуассона, проекциям постоянного магнитного поля объекта и измеренным проекциям вектора магнитной индукции определяют проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат в полевых условиях.

Коэффициенты Пуассона, обусловленные мягким в магнитном отношении железом объекта, и проекции вектора магнитной индукции, обусловленные жестким в магнитном отношении железом объекта, в течение времени не остаются постоянными, так как являются функциями температуры, изменения ферромагнитной массы подвижного объекта, механических воздействий на объект, в частности, ударов волн о корпус судна, которое может выполнять роль подвижного объекта. Нестабильность в течение времени коэффициентов Пуассона и жесткой намагниченности подвижного объекта приводит к существенной погрешности определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля. Для снижения погрешностей измерения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля известным способом необходимо периодически определять коэффициенты Пуассона и проекции постоянного магнитного поля объекта (проекции вектора магнитной индукции объекта, обусловленные его жесткой намагниченностью). Определение же коэффициентов Пуассона и проекций постоянного магнитного поля объекта связано с изменением и измерением углов курса, крена, тангажа объекта с синхронным измерением проекций векторов магнитной индукции на каждую ось системы координат объекта, а также модуля вектора магнитной индукции при отсутствии объекта, что не всегда возможно осуществить в полевых условиях. Кроме того, для определения коэффициентов Пуассона и проекций постоянного магнитного поля объекта следует выбрать из измеренных проекций векторов магнитной индукции десять векторов магнитной индукции, при которых направляющие косинусы осей системы координат объекта, являющиеся функциями углов курса, крена и тангажа [3], различны. Следовательно, для снижения погрешности определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля известным способом необходимо проводить корректировку коэффициентов Пуассона и проекций постоянного магнитного поля объекта, что требует изменения углового положения объекта, большого количества измерений углов курса, крена, тангажа объекта, измерений и выборе определенных значений проекций векторов магнитной индукции.

Известен способ определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта [1, 4], который по совокупности существенных признаков наиболее близок предлагаемому и принят за прототип. Известный способ заключается в изменении, по крайней мере, двух из трех углов курса, крена, тангажа объекта, измерении этих углов в процессе их изменения и определении по измеренным углам направляющих косинусов каждой оси системы координат, измерении проекций векторов магнитной индукции в первой точке пространства, жестко связанной с системой координат объекта, синхронно с измерениями углов курса, крена и тангажа, выборе проекций десяти векторов магнитной индукции, при которых направляющие косинусы осей системы координат объекта различны при каждом измерении упомянутых проекций, размещении во второй точке пространства, жестко связанной с системой координат объекта, образца из мягкого в магнитном отношении железа, коэффициенты Пуассона которого известны в первой точке пространства, вновь изменении, по крайней мере, двух из трех углов курса, крена, тангажа объекта, измерении углов курса, крена, тангажа объекта в процессе их изменения и определении по ним направляющих косинусов каждой оси системы координат объекта в опорной системе координат, измерении проекций векторов магнитной индукции синхронно с измерением углов курса, крена, тангажа, выборе проекций десяти векторов магнитной индукции, по крайней мере, на одну и ту же ось объекта, при которых направляющие косинусы различны при каждом измерении проекций, и определении проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат, коэффициентов Пуассона объекта в первой точке пространства и проекций вектора магнитной индукции, обусловленной жесткой намагниченностью объекта и образца.

Коэффициенты Пуассона, обусловленные мягким в магнитном отношении железом объекта, и проекции вектора магнитной индукции на оси системы координат объекта, обусловленные жестким в магнитном отношении железом объекта, в течение времени не остаются постоянными, так как являются функциями многих параметров, в частности, температуры, изменения ферромагнитной массы объекта, механических воздействий на объект. Нестабильность в течение времени коэффициентов Пуассона и проекций вектора магнитной индукции, обусловленной жесткой намагниченностью объекта, приводит к существенной погрешности определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля. Для снижения погрешностей измерения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля известным способом необходимо периодически определять коэффициенты Пуассона и проекции вектора магнитной индукции на оси системы координат объекта, обусловленной жесткой намагниченностью объекта, прерывая при этом измерения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля по выбранному направлению подвижного объекта. Определение же коэффициентов Пуассона и проекций вектора магнитной индукции, обусловленной жесткой намагниченностью объекта, связано с изменением и измерением углов курса, крена и тангажа объекта с синхронным измерением проекций десяти векторов магнитной индукции на каждую ось системы координат объекта как при отсутствии, так и при наличии образца из мягкого в магнитном отношении железа. Следовательно, для снижения погрешности определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля известным способом необходимо проводить корректировку коэффициентов Пуассона и проекций вектора магнитной индукции на оси системы координат объекта, обусловленной жесткой намагниченностью объекта, что требует изменения углового положения объекта, измерений и выборе определенных значений проекций векторов магнитной индукции, прерывая при этом измерение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля по выбранному направлению движения объекта.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, исключающего влияние магнитного поля подвижного объекта на определяемые проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля, то есть исключающего влияние на определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля нестабильности как коэффициентов Пуассона, обусловленных мягким в магнитном отношении железом объекта, так и проекций вектора магнитной индукции, обусловленной жестким в магнитном отношении железом объекта, при отсутствии специальных изменений углового положения объекта. Поставленная задача решается за счет измерения углов курса, крена, тангажа объекта относительно опорной системы координат синхронно с измерением проекций векторов магнитной индукции в точке пространства, жестко связанной с системой координат объекта, при изменении положения относительно этой точки пространства образца из мягкого в магнитном отношении железа с известными коэффициентами Пуассона и составляющими вектора магнитной индукции образца в упомянутой точке пространства.

Предлагаемое техническое решение представляет собой два способа для определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, связанных между собой настолько, что они образуют единый изобретательский замысел.

Предлагаемый способ определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта (по первому варианту) заключается в измерении углов курса, крена, тангажа подвижного объекта относительно опорной системы координат синхронно с измерением проекций вектора магнитной индукции на оси системы координат подвижного объекта в первой точке пространства, в размещении во второй точке пространства образца из мягкого в магнитном отношении железа с известными коэффициентами Пуассона в первой точке пространства и вновь измерении проекций вектора магнитной индукции в первой точке пространства синхронно с измерением углов курса, крена, тангажа подвижного объекта, измерении проекций вектора магнитной индукции в первой точке пространства при наличии образца во второй точке пространства при известных в первой точке пространства проекциях вектора магнитной индукции образца, обусловленной его жесткой намагниченностью и углах курса, крена, тангажа, измеренных синхронно с проекциями вектора магнитной индукции при отсутствии образца, а затем определении проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат из следующих уравнений: B'_x-B_x-B_x0 = (l₁a₀ + l₂b₀ + l₃c₀) · B_xt + (m₁a₀+ m₂b₀ + m₃c₀) · B_yt + (n₁a₀ + n₂b₀ + n₃c₀) · B_zt; B'_y-B_y-B_y0 = (l₁d₀ + l₂e0 + l₃f₀) · B_xt + (m₁d₀ + m₂e₀ + m₃f₀) · b_yt + (n₁d₀ + n₂e₀ + n₃f₀) · B_zt; B'_z-B_z-B_z0 = (l₁q₀ + l₂h₀ + l₃k₀) · B_xt + (m₁q₀ + m₂h₀ + m₃k₀) · B_yt + (n₁q₀ + n₂h₀ + n₃k₀) · B_zt, где B_x, B_y, B_z и B'_x, B'_y, B'_z - проекции векторов магнитной индукции на оси системы координат объекта в первой точке пространства соответственно при отсутствии и наличии образца во второй точке пространства; B_x0, B_y0, B_z0 - проекции вектора магнитной индукции образца на оси системы координат объекта, обусловленной жесткой намагниченностью образца, расположенного во второй точке пространства; a₀, b₀, c₀, d₀, e₀, f₀, q₀, h₀, k₀ - коэффициенты Пуассона образца в первой точке пространства, расположенного во второй точке пространства; ₁, m₁, n₁, l₂, m₂, n₂, l₃, m₃, n₃ - направляющие косинусы осей системы координат объекта, определяемые углами курса, крена, тангажа объекта; B_xt, B_yt, B_zt - проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат.

Предлагаемый способ определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта (по второму варианту) заключается в измерении углов курса, крена, тангажа подвижного объекта относительно опорной системы координат синхронно с измерением проекций вектора магнитной индукции на оси системы координат подвижного объекта в первой точке пространства, жестко связанной с системой координат подвижного объекта, при наличии во второй точке пространства образца из мягкого в магнитном отношении железа с известными коэффициентами Пуассона в первой точке пространства, изменении положения упомянутого образца и измерении углов курса, крена, тангажа, проекций векторов магнитной индукции в первой точке пространства для таких положений образца, при которых известны в первой точке пространства коэффициенты Пуассона образца и проекции векторов магнитной индукции образца на оси системы координат объекта, обусловленной жесткой намагниченностью образца, и по измеренным углам курса, крена, тангажа объекта, проекциям векторов магнитной индукции в первой точке пространства для двух положений образца и известным для этих положений образца коэффициентам Пуассона и проекциям векторов магнитной индукции образца в первой точке пространства определении проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат из следующих уравнений: B_x⁽ⁱ⁺¹⁾ - B_x⁽ⁱ⁾ - B_x0⁽ⁱ⁺¹⁾ + B_x0⁽ⁱ⁾ = (l_1jP₁₁ + l_2jP₁₂ + l_3jP₁₃) · B_xt + (m_1jP₁₁ + m_2jP₁₂ + m_3jP₁₃) · B_yt + (n_1jP₁₁ + n_2jP₁₂ + n_3jP₁₃) · B_zt; B_y⁽ⁱ⁺¹⁾ - B_y⁽ⁱ⁾ - B_y0⁽ⁱ⁺¹⁾ + B_y0⁽ⁱ⁾ = (l_1jP₂₁ + l_2jP₂₂ + l₃₁P₂₃) · B_xt + (m_1jP₂₁ + m_2jP₂₂ + m_3jP₂₃) · B_yt+ (n_1jP₂₁ + n_2jP₂₂ + n_3jP₂₃ · B_zt; B_z⁽ⁱ⁺¹⁾ - B_z⁽ⁱ⁾ - B_z0⁽ⁱ⁺¹⁾ + B_z0⁽ⁱ⁾ = (l_1jP₃₁ + l_2jP₃₂ + l_3jP₃₃) · B_xt + (m_1jP₃₁ + m_2jP₃₂ + m_3jP³³) · B_yt + (n_1jP₃₁ + n_2jP₃₂ + n_3jP₃₃) · B_zt, где В_x⁽ⁱ⁾, B_y⁽ⁱ⁾, B_z⁽ⁱ⁾ и В_x⁽ⁱ⁺¹⁾, B_y⁽ⁱ⁺¹⁾, В_z⁽ⁱ⁺¹⁾ - проекции векторов магнитной индукции на оси системы координат объекта в первой точке пространства при i-м и (i+1)-м положениях образца; B_x0⁽ⁱ⁾, B_y0⁽ⁱ⁾ B_z0⁽ⁱ⁺¹⁾ и B_xoⁱ⁺¹, B_y0⁽ⁱ⁺¹⁾, B_z0⁽ⁱ⁺¹⁾ - проекции векторов магнитной индукции образца на оси системы координат объекта, обусловленной жесткой намагниченностью образца, расположенного во второй точке пространства; i = 1, 2, 3, ... ; l_1j, m_1j, n_1j, l_2j, m_2j, n_2j, l_3j, m_3j, n_3j - направляющие косинусы осей системы координат объекта, являющиеся функциями углов курса, крена, тангажа объекта; j = 1, 2, 3, . .. ; P₁₁ = a₀⁽ⁱ⁺¹⁾ - a₀⁽ⁱ⁾; P₁₂ = b₀⁽ⁱ⁺¹⁾ - b₀⁽ⁱ⁾; P₁₃ = c₀⁽ⁱ⁺¹⁾ - c₀⁽ⁱ⁾; P₂₁ = d₀⁽ⁱ⁺¹⁾ - d₀⁽ⁱ⁾; P₂₂ = e₀⁽ⁱ⁺¹⁾ - e₀⁽ⁱ⁾; P₂₃ = f₀⁽ⁱ⁺¹⁾ - f₀⁽ⁱ⁾; P₃₁ = q₀⁽ⁱ⁺¹⁾ - q₀⁽ⁱ⁾; P₃₂ = h₀⁽ⁱ⁺¹⁾ - h₀⁽ⁱ⁾; P₃₃ = k₀⁽ⁱ⁺¹⁾ - k₀⁽ⁱ⁾; a₀⁽ⁱ⁾, b₀⁽ⁱ⁾, c₀⁽ⁱ⁾, d₀⁽ⁱ⁾, e₀⁽ⁱ⁾, f₀⁽ⁱ⁾, q₀⁽ⁱ⁾, h₀⁽ⁱ⁾, k₀⁽ⁱ⁾ и a₀⁽ⁱ⁺¹⁾, b₀⁽ⁱ⁺¹⁾, c₀⁽ⁱ⁺¹⁾, d₀⁽ⁱ⁺¹⁾, e₀⁽ⁱ⁺¹⁾, f₀⁽ⁱ⁺¹⁾, q₀⁽ⁱ⁺¹⁾, h₀⁽ⁱ⁺¹⁾, k₀⁽ⁱ⁺¹⁾ - коэффициенты Пуассона образца в первой точке пространства при i-м и (i + 1)-м положениях образца; B_xt, B_yt, B_zt - проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат, при этом скорость изменения положения образца от предыдущего положения до последующего, при которых осуществляется синхронное измерение упомянутых углов курса, крена, тангажа и проекций векторов магнитной индукции в первой точке пространства, существенно превышает скорость изменения углов курса, крена и тангажа объекта.

Измерение в предлагаемом изобретении (по способу первого варианта) углов курса, крена, тангажа подвижного объекта относительно опорной системы координат синхронно с измерением проекций векторов магнитной индукции на оси системы координат подвижного объекта в первой точке пространства, жестко связанной с системой координат подвижного объекта, как при отсутствии, так и при наличии во второй точке пространства образца из мягкого в магнитном отношении железа с известными в первой точке пространства коэффициентами Пуассона и проекциями вектора магнитной индукции образца, обусловленной его жесткой намагниченностью, при углах курса, крена, тангажа объекта при наличии образца, соответственно равных углам курса, крена, тангажа объекта при отсутствии образца, обеспечивает определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат, исключая влияние магнитного поля подвижного объекта, то есть, исключая влияние на определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля как коэффициентов Пуассона, так и проекций вектора магнитной индукции объекта, обусловленных соответственно мягким и жестким в магнитном отношении железом объекта в первой точке пространства, при отсутствии специальных изменений углового положения упомянутого объекта, которые осуществляются в известных технических решениях, принятых за аналог и прототип.

Измерение в предлагаемом изобретении (по способу второго варианта) углов курса, крена, тангажа подвижного объекта относительно опорной системы координат синхронно с измерением проекций векторов магнитной индукции на оси системы координат объекта в первой точке пространства, жестко связанной с системой координат подвижного объекта, при двух положениях во второй точке пространства образца из мягкого в магнитном отношении железа с известными в первой точке пространства коэффициентами Пуассона и проекциями векторов магнитной индукции образца, обусловленной его жесткой намагниченностью, при скорости изменения положения образца от предыдущего положения до последующего, при которых осуществляется синхронное измерение упомянутых углов курса, крена, тангажа и проекций векторов магнитной индукции, существенно превышающей скорость изменения углов курса, крена и тангажа объекта, обеспечивает определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат, исключая влияние магнитного поля подвижного объекта, то есть, исключая влияние на определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля как коэффициентов Пуассона, так и проекций вектора магнитной индукции объекта, обусловленных соответственно мягким и жестким в магнитном отношении железом объекта в первой точке пространства, при отсутствии специальных изменений углового положения упомянутого объекта, которые осуществляются в известных технических решениях, принятых за аналог и прототип.

Таким образом, технический результат предлагаемого способа выражается в исключении влияния магнитного поля подвижного объекта на определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля при отсутствии сведений о коэффициентах Пуассона и вектора магнитной индукции подвижного объекта, обусловленных соответственно мягким и жестким в магнитном отношении железом объекта.

Сущность предлагаемого способа поясняется следующими графическими материалами.

На чертеже изображена структурная схема устройства для осуществления способа определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта по первому и второму вариантам.

Устройство, реализующее способ определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта (его варианты), состоит (см. чертеж) из трехкомпонентного магниточувствительного датчика 1, трех усилительно-преобразовательных блоков 2-4, первые входы которых подключены к выходам датчика 1, генератора переменной ЭДС 5, первый выход которого подключен к первому входу датчика 1, а второй выход - к вторым входам блоков 2-4, регистрирующего блока 6, первые три входа которого подключены к соответствующим первым выходам блоков 2-4, вторые выходы которых подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам датчика 1, углоизмерительного устройства 7, три выхода которого подключены соответственно к четвертому, пятому и шестому входам блока 6, и устройства обработки информации 8, подключенного к выходу блока 6. При этом датчик 1, блоки 2-4, генератор 5, блок 6, устройство 7, образец 10 и устройство 8 размещены на подвижном объекте 9.

Заявляемый способ по первому варианту реализуется посредством предлагаемого устройства следующим образом.

На вход трехкомпонентного датчика 1, в частности феррозонда, подается с генератора 5 переменная ЭДС, возбуждающая этот датчик. В результате этого на выходах датчика 1 появляются три ЭДС второй гармоники, каждая из которых пропорциональна проекции вектора магнитной индукции на соответствующую магнитную ось датчика 1 [2, с. 66-69]. Выходные сигналы с датчика 1 усиливаются и детектируются в соответствующих блоках 2-4. Для детектирования сигналов на вторые входы блоков 2-4 подается переменное напряжение с генератора 5. На второй, третий и четвертый входы датчика 1 подаются продетектированные напряжения с вторых выходов соответствующих блоков 2-4, обеспечивающие отрицательную обратную связь по измеряемым сигналам. На входы блока 6 поступают сигналы с первых выходов блоков 2-4, пропорциональные проекциям вектора магнитной индукции при отсутствии образца 10 во второй точке пространства и выходные сигналы с устройства 7, пропорциональные углам курса, крена, тангажа объекта 9. Блок 6 обеспечивает синхронную регистрацию сигналов, пропорциональных проекциям вектора магнитной индукции и углам курса, крена, тангажа объекта 9, и передачу их на устройство обработки информации 8, которое запоминает полученную информацию. Затем размещают во второй точке пространства образец 10 из мягкого в магнитном отношении железа с известными коэффициентами Пуассона и проекциями вектора магнитной индукции образца на оси системы координат объекта в месте размещения датчика 1 при углах курса, крена, тангажа объекта 9, соответственно равных углам курса, крена, тангажа, измеренных синхронно с проекциями вектора магнитной индукции при отсутствии образца 10, и вновь осуществляют измерение проекций вектора магнитной индукции, сигналы которых с датчика 1 поступают через блоки 2-4 и блок 6 в устройство обработки информации 8. По углам курса, крена, тангажа объекта 9, синхронно измеренными с проекциями векторов магнитной индукции при отсутствии и наличии образца 10, известным коэффициентам Пуассона и проекциям вектора магнитной индукции образца 10 в месте размещения датчика 1 при местоположении образца 10 во второй точке пространства осуществляется определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля в устройстве 8 путем решения системы трех уравнений с тремя неизвестными, приведенной выше для предлагаемого способа по первому варианту. В упомянутые уравнения не входят уравнения Пуассона объекта 9 и проекции вектора магнитной индукции объекта 9, обусловленной его жесткой намагниченностью.

Заявляемый способ по второму варианту реализуется посредством предлагаемого устройства следующим образом.

На вход трехкомпонентного датчика 1 подается с генератора 5 переменная ЭДС, возбуждающая этот датчик. В результате этого на выходе датчика 1 появляются три ЭДС второй гармоники, каждая из которых пропорциональна проекции вектора магнитной индукции на соответствующую магнитную ось датчика 1 [2, с. 66-69] . Выходные сигналы с датчика 1 усиливаются и детектируются в соответствующих блоках 2-4. Для детектирования сигналов на вторые входы блоков 2-4 подается переменное напряжение с генератора 5. На второй, третий и четвертый входы датчика 1 подаются продетектированные сигналы со вторых выходов соответствующих блоков 2-4, обеспечивающие отрицательную обратную связь по измеряемым сигналам [2, с. 117]. На входы блока 6 поступают сигналы с первых выходов блоков 2-4, пропорциональные проекциям вектора магнитной индукции, при наличии образца 10 во второй точке пространства и выходные сигналы с устройства 7, пропорциональные углам курса, крена, тангажа объекта 9. Блок 6 обеспечивает синхронную регистрацию сигналов, пропорциональных проекциям вектора магнитной индукции и углам курса, крена, тангажа объекта 9, и передачу их на устройство обработки информации 8, которое запоминает полученную информацию. Затем изменяют положение образца 10, например, угловое положение образца, в котором известны коэффициенты Пуассона и проекции вектора магнитной индукции образца на оси системы координат объекта 9 в месте размещения датчика 1. При этом скорость изменения положения образца 10 от предыдущего положения до последующего, при которых осуществляется синхронное измерение упомянутых углов курса, крена, тангажа и проекций вектора магнитной индукции в первой точке пространства, существенно превышает скорость изменения углов курса, крена, тангажа объекта 9. В таком случае, когда образец 10 займет новое положение, то угловое положение объекта 9 можно принять неизменившимся. После этого устройство 8 вновь принимает сигналы с блока 6, пропорциональные проекциям вектора магнитной индукции на оси системы координат объекта 9. По углам курса, крена, тангажа объекта 9, синхронно измеренными с проекциями векторов магнитной индукции при двух положениях образца 10, известным коэффициентам Пуассона и проекциям вектора магнитной индукции образца 10, измеренным в месте размещения датчика 1, осуществляется определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля в устройстве 8 путем решения системы трех уравнений с тремя неизвестными, приведенной выше для предлагаемого способа по второму варианту. В упомянутые уравнения не входят коэффициенты Пуассона объекта 9 и проекции вектора магнитной индукции объекта 9, обусловленной его жесткой намагниченностью.

Таким образом, в предлагаемом способе (его вариантах) исключается влияние магнитного поля подвижного объекта на определение проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля.

В предлагаемом техническом решении датчик 1, блоки 2-4 и генератор 5 выполнены аналогично известному устройству для измерения параметров магнитного поля [2, с. 117]. При этом каждый блок 2-4 состоит из избирательного усилителя и синхронного детектора [5, с.155]. Углоизмерительным устройством 7 может быть гиростабилизированная платформа (ГСП), обеспечивающая измерение трех углов вращения объекта с погрешностью около 0,5 угловых минут за счет трехосной гироскопической стабилизации ГСП относительно трех взаимно перпендикулярных осей опорной системы координат [6, с. 387-393, рис.9]. Для высокоточного измерения углового положения подвижного объекта с погрешностью до десятых угловых секунд в предлагаемом техническом решении в качестве углоизмерительного устройства для измерения углов курса, крена, тангажа могут быть использованы навигационные системы на основе лазерных гироскопов [7]. Регистрирующий блок 6 и устройство обработки информации 8 могут быть реализованы преобразователем измерительным многоканальным (ПИМ-1, сертификат N 15660-96, Госстандарт России), разработанным АО "АТИС" (г. С.-Петербург). Образец 10 из мягкого в магнитном отношении железа может быть выполнен из пермаллоя или железа Армко [8]. В месте расположения датчика 1 коэффициенты Пуассона и проекции вектора магнитной индукции образца правильной геометрической формы, например в виде шара или эллипсоида, можно определить аналитически [8, 9] или экспериментально с помощью трехкомпонентной меры магнитной индукции [10]. При этом для реализации способа определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта по второму варианту образец можно равномерно вращать вокруг оси, параллельной оси образца, в направлении которой коэффициент размагничивания имеет наименьшее значение, а измерять проекции вектора магнитной индукции при углах поворота образца, например при 0 и 180^o, при одном из которых расстояние от датчика до образца имеет наименьшее, а при другом угле - наибольшее значения. Кроме того, при углах поворота образца 0 и 180^o должны быть известны коэффициенты Пуассона и проекции вектора магнитной индукции образца.

Литература 1. Пат. N 2096818 РФ/ Б.М.Смирнов// Бюл. изобрет. - 1997. - N 32.

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

3. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: "Наука". 1981. 720 с.

4. Малеев П.И., Смирнов Б.М. Новые методы определения составляющих вектора магнитной индукции магнитного поля Земли с ферромагнитного объекта./ С-Пб.: Навигация и гидрография. 1998. N 6. С.82-86.

5. Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В., Щелкин А.П. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. Л.: "Энергия" 1972. 272 с.

6. Одинова И.В., Блюмин Т.Д., Карпухин А.В. и др. Теория и конструкция гироскопических приборов и систем. М.: Высшая школа. 1971.

7. Лукьянов Д. П., Северов Л.А., Смирнов Е.Л., Тиль А.В. Тенденция совершенствования гироскопов и гиростабилизированных платформ. Изв. вузов СССР. Приборостроение. Т.30. Л., 1987. N 10.

8. Кожухов В. П. , Воронов В.В., Григорьев В.В. Магнитные компасы. М.: Транспорт. 1981.

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

10. Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В., Хорев В.Н. и др. Средства измерения параметров магнитного поля. Л.: "Энергия" 1979. 320 с.

Формула изобретения

1. Способ определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, заключающийся в измерении углов курса, крена, тангажа подвижного объекта относительно опорной системы координат синхронно с измерением проекций вектора магнитной индукции на оси системы координат подвижного объекта в первой точке пространства, в размещении во второй точке пространства образца из мягкого в магнитном отношении железа с известными коэффициентами Пуассона в первой точке пространства и вновь измерении проекций вектора магнитной индукции в первой точке пространства синхронно с измерением углов курса, крена, тангажа подвижного объекта, отличающийся тем, что измеряют проекции вектора магнитной индукции в первой точке пространства при наличии образца во второй точке пространства при известных в первой точке пространства проекциях вектора магнитной индукции образца, обусловленной его жесткой намагниченностью, и углах курса, крена, тангажа, измеренных синхронно с проекциями вектора магнитной индукции при отсутствии образца, а затем определяют проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат из следующих уравнений:
B_x¹ - B_x - B_xo = (l₁a_o + l₂b_o + l₃c_o) B_хт + (m₁a_o + m₂b_o + m₃c_o) B_ут + (n₁a_o + n₂b_o + n₃c_o) B_zт;
B_y¹ - B_y - B_yo = (l₁d_o + l₂e_o + l₃f_o) B_хт + (m₁d_o + m₂e_o + m₃f_o) B_ут + (n₁d_o + n₂e_o + n₃f_o) B_zт;
B_z¹ - B_z - B_zo = (l₁q_o + l₂h_o + l₃k_o) B_хт + (m₁q_o + m₂h_o + m₃k_o) B_ут + (n₁q_o + n₂h_o + n₃k_o) B_zт;
где B_x, B_y, B_z и B_x¹, B_y¹, B_z¹ - проекции векторов магнитной индукции на оси системы координат объекта в первой точке пространства соответственно при отсутствии и наличии образца во второй точке пространства;
B_xo, B_yo, B_zo - проекции вектора магнитной индукции образца на оси системы координат объекта, обусловленной жесткой намагниченностью образца, расположенного во второй точке пространства;
a_o, b_o, c_o, d_o, e_o, f_o, q_o, h_o, k_o - коэффициенты Пуассона образца в первой точке пространства, расположенного во второй точке пространства;
l₁, m₁, n₁, l₂, m₂, n₂, l₃, m₃, n₃ - направляющие косинусы осей системы координат объекта, определяемые углами курса, крена, тангажа объекта;
B_хт, B_ут, B_zт - проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат.

2. Способ определения проекций вектора магнитной индукции геомагнитного поля с подвижного объекта, заключающийся в измерении углов курса, крена, тангажа подвижного объекта относительно опорной системы координат синхронно с измерением проекций вектора магнитной индукции на оси системы координат подвижного объекта в первой точке пространства, жестко связанной с системой координат подвижного объекта, при наличии во второй точке пространства образца из мягкого в магнитном отношении железа с известными коэффициентами Пуассона в первой точке пространства, отличающийся тем, что изменяют положение упомянутого образца и измеряют углы курса, крена, тангажа, проекции векторов магнитной индукции в первой точке пространства для таких положений образца, при которых известны в первой точке пространства коэффициенты Пуассона образца и проекции векторов магнитной индукции образца на оси системы координат объекта, обусловленной жесткой намагниченностью образца, и по измеренным углам курса, крена, тангажа объекта, проекциям векторов магнитной индукции в первой точке пространства для двух положений образца и известным для этих положений образца коэффициентам Пуассона и проекциям векторов магнитной индукции образца в первой точке пространства определяют проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат из следующих уравнений:
B_x⁽ⁱ⁺¹⁾ - B_x⁽ⁱ⁾ - B_xo⁽ⁱ⁺¹⁾ + B_xo⁽ⁱ⁾ = (l_1jP₁₁ + l_2jP₁₂ + l_3jP₁₃) B_хт + (m_1jP₁₁ + m_2jP₁₂ + m_3jP₁₃) B_ут + (n_1jP₁₁ + n_2jP₁₂ + n_3jP₁₃) B_zт;
B_y⁽ⁱ⁺¹⁾ - B_y⁽ⁱ⁾ - B_yo⁽ⁱ⁺¹⁾ + B_yo⁽ⁱ⁾ = (l_1jP₂₁ + l_2jP₂₂ + l_3jP₂₃) B_хт + (m_1jP₂₁ + m_2jP₂₂ + m_3jP₂₃) B_ут + (n_1jP₂₁ + n_2jP₂₂ + n_3jP₂₃) B_т;
B_z⁽ⁱ⁺¹⁾ - B_z⁽ⁱ⁾ - B_zo⁽ⁱ⁺¹⁾ + B_zo⁽ⁱ⁾ = (l_1jP₃₁ + l_2jP₃₂ + l_3jP₃₃) B_хт + (m_1jP₃₁ + m_2jP₃₂ + m_3jP₃₃) B_ут + (n_1jP₃₁ + n_2jP₃₂ + n_3jP₃₃) B_zт,
где B_x⁽ⁱ⁾, B_y⁽ⁱ⁾, B_z⁽ⁱ⁾ и B_x⁽ⁱ⁺¹⁾, B_y⁽ⁱ⁺¹⁾, B_z⁽ⁱ⁺¹⁾ - проекции векторов магнитной индукции на оси системы координат объекта в первой точке пространства при i-м и (i+1)-м положениях образца;
B_xo⁽ⁱ⁾, B_yo⁽ⁱ⁾, B_zo⁽ⁱ⁾ и B_xo⁽ⁱ⁺¹⁾, B_yo⁽ⁱ⁺¹⁾, B_zo⁽ⁱ⁺¹⁾ - проекции векторов магнитной индукции образца на оси системы координат объекта, обусловленной жесткой намагниченностью образца, расположенного во второй точке пространства;
i = 1, 2, 3,...; l_1j, m_1j, n_1j, l_2j, m_2j, n_2j, l_3j, m_2j, n_3j - направляющие косинусы осей системы координат объекта, являющиеся функциями углов курса, крена, тангажа объекта; j = 1, 2, 3,...;
P₁₁ = a_o⁽ⁱ⁺¹⁾ - a_o⁽ⁱ⁾; P₁₂ = b_o⁽ⁱ⁺¹⁾ - b_o⁽ⁱ⁾; P₁₃ = C_o⁽ⁱ⁺¹⁾ - C_o⁽ⁱ⁾; P₂₁ = d_o⁽ⁱ⁺¹⁾ - d_o⁽ⁱ⁾; P₂₂ = e_o⁽ⁱ⁺¹⁾ - e_o⁽ⁱ⁾; P₂₃ = f_o⁽ⁱ⁺¹⁾ - f_o⁽ⁱ⁾; P₃₁ = q_j⁽ⁱ⁺¹⁾ - q_o⁽ⁱ⁾; P₃₂ = h_o⁽ⁱ⁺¹⁾ - h_o⁽ⁱ⁾; P₃₃ = k_o⁽ⁱ⁺¹⁾ - k_o⁽ⁱ⁾; a_o⁽ⁱ⁾, b_o⁽ⁱ⁾, c_o⁽ⁱ⁾, d_o⁽ⁱ⁾, e_o⁽ⁱ⁾, f_o⁽ⁱ⁾, q_o⁽ⁱ⁾, h_o⁽ⁱ⁾, k_o⁽ⁱ⁾ и a_o⁽ⁱ⁺¹⁾, b_o⁽ⁱ⁺¹⁾, c_o⁽ⁱ⁺¹⁾, d_o⁽ⁱ⁺¹⁾, e_o⁽ⁱ⁺¹⁾, f_o⁽ⁱ⁺¹⁾, q_o⁽ⁱ⁺¹⁾, h_o^(I+1), k_o⁽ⁱ⁺¹⁾ - коэффициент Пуассона образца в первой точке пространства при i-м и (i+1)-м положениях образца;
B_хт, B_ут, B_zт - проекции вектора магнитной индукции геомагнитного поля на оси опорной системы координат,
при этом скорость изменения положения образца от предыдущего положения до последующего, при которых осуществляется синхронное измерение упомянутых углов курса, крена, тангажа и проекций векторов магнитной индукции в первой точке пространства, существенно превышает скорость изменения углов курса, крена и тангажа объекта.

РИСУНКИ

Рисунок 1