基于旋转法的井中张量测量系统误差分析与校正

发布时间：2020-05-22 13:26

【摘要】：井中磁法勘探是地球物理探测的重要手段之一,与地面磁测和航空磁测相比,可以提供更为丰富、准确的地下磁异常分布信息。井中磁测最新方向是磁梯度张量测量,测量的是三个正交磁场分量的梯度,与传统的磁总场及其三分量测量相比,它受背景地磁场和磁性套管的影响更小、空间分辨率更高、对方向误差不敏感,更适合于井中磁勘探。本文使用旋转调制法进行磁梯度张量的测量。旋转调制法是通过旋转磁传感器分离磁标势的不同阶导数,利用傅立叶变换将时域信号转换到频域,并在频域进行信号处理,获取特定谐波的信息,计算出二阶磁梯度张量。该方法不受磁传感器类型限制,可以求解出全部张量分量,能提高仪器的直流和低频性能,极大地改善了仪器的梯度不平衡度。本文从旋转调制法的基本原理出发,以项目组研制的井中磁梯度全张量仪为研究对象,研究目的是进一步提高张量仪的测量精度。本文对张量系统的误差来源、误差传递过程进行分析,并根据误差影响大小分类。其中,主要误差包括磁通门自身的标度因子误差、三个传感器坐标系下的安装误差、传感器坐标系与仪器坐标系之间的转换误差。次要误差包括有限长度测量参数误差、忽略高阶张量项误差、旋转轴偏移和温度漂移等。建立了主要误差的误差模型,利用两个独立的张量旋转不变量对系统进行了标定。1000次随机误差仿真表明,校正后相对误差的均方根小于8%。通过仿真实验,制定了校正算法验证实验的实验方案,并在磁场均匀区进行了校正实验,最终张量模值的改善比为3.74。井中磁测的难点在于井下磁场信息在大地坐标系中的对准,通过坐标变换矩阵将仪器坐标系中的磁场信息重新定位到大地坐标系中。利用姿态角测量器件MEMS陀螺仪和加速度计,通过四元数法将欧拉矩阵的九个待求量转换为四个,再通过卡尔曼滤波融合算法,借助张量仪获得的磁场信息,实现了地磁辅助的井下磁场信息的重新定位,其中俯仰角和横滚角的定位精度是0.1°。通过无磁转台模拟实验验证了该算法的有效性。实际井下测试实验数据处理验证了校正算法和姿态角计算方法的可行性。本文所完成的工作是对基于旋转调制法的井中磁梯度全张量仪的误差分析与校正,进一步提高了仪器的测量精度,为井中高阶磁梯度张量仪校正提供了一定的参考和技术支撑。
【图文】：

.1 机载 LTS-SQUID 磁梯度全张量测量S 以磁通门为磁传感器，研制了四。最初用于检测火山磁性的影响，，后来序和自旋标定方法。图 1.2 四面体型张量仪 TMGS

四面体型张量仪TMGS
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212;P631.2

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本文编号：2676065