基于全张量磁场梯度的磁偶极子定位及误差分析

张 宁，王三胜,3，易 忠，李 华，孟立飞

（1. 北京航空航天大学 物理科学与核能工程学院，北京 100191；2. 北京卫星环境工程研究所，北京 100094；3. 北京航空航天大学 微纳测控与低维物理教育部重点实验室，北京 100191）

基于全张量磁场梯度的磁偶极子定位及误差分析

张 宁1，王三胜1,3，易 忠2，李 华1，孟立飞2

（1. 北京航空航天大学 物理科学与核能工程学院，北京 100191；2. 北京卫星环境工程研究所，北京 100094；3. 北京航空航天大学 微纳测控与低维物理教育部重点实验室，北京 100191）

为了对磁偶极子进行高精度的磁性定位，文章从磁偶极子模型出发，推导出磁偶极子的空间坐标与其产生的磁场及磁场梯度之间的关系式；针对模型及关系式，设计了一种全张量磁场梯度传感器，能够一次测量出精确定位所需的9个磁场梯度值和3个磁场强度值；对比仿真结果和实验结果，发现二者具有较好的一致性，证明了该理论模型的有效性。对于磁偶极子，用半径为0.05 m的梯度传感器对磁矩为2 A⋅m2的磁偶极子进行定位测量，在0.5～1 m距离内定位误差不大于10%。文章还对定位测量误差的原因进行了分析，包括梯度测量基线距离及传感器半径对定位误差的影响。

磁场梯度；磁偶极子；定位；梯度张量；误差分析

0 引言

为了分析研究磁性目标的空间位置和姿态等参数，通常将其等效成由环形电流产生磁场的磁偶极子模型[1-2]。将磁性目标等效成磁偶极子模型，在定位分析中有着广泛的应用，例如地下未爆炸物的深度探测[3]、材料的裂缝形状检测[4]、水下物体的跟踪和导航[5-6]、飞行设备的定位[7-9]、地球物理场测量[10-11]以及磁性目标定位[12]等。……