全张量反演算法

定义与核心内涵:从"点特征"到"场结构"的认知升级

全张量反演算法

自主研发“全张量反演”算法,通过对磁场变化的反演计算,得到目标物的磁场,真正让人类实现了对目标物磁场值的测量。

由测量坐标系测得的值反演计算求得目标物所在坐标系的磁场值,称之为张量计算。由于磁场是矢量场,必须由9个张量计算求得。因此,称之为全张量计算。

磁场全张量计算的本质是"从'点特征'到'场结构'的认知升级"
全张量反演
  • 全张量:大小,方向,梯度
  • 矢量:大小,方向
  • 标量:大小

核心计算任务

正演计算

已知磁源(如地质体、设备磁矩)的空间位置、形状、磁化强度等参数,通过电磁理论(如毕奥-萨伐尔定律)计算其在空间任意点产生的全张量分量分布。

反演计算

已知某区域的全张量观测数据(如航空、地面探测获得),反推地下/空间中磁源的属性(如位置、深度、磁化方向、体积),是资源勘探、目标探测的核心环节。

磁场全张量计算的核心优势

相较于传统的"磁场标量测量"(仅测磁场大小|B|)或"磁场矢量测量"(测3个正交分量),全张量计算的优势源于其对磁场信息的完整性、冗余性与坐标系无关性

信息完整性

全张量包含了磁场在三维空间中的梯度变化与各向异性特征,可完整还原复杂磁源的空间结构,解决了传统方法对"复杂磁源解析能力不足"的痛点。

方向无关性

磁场全张量的本质是"坐标系不变量",其5个独立分量的组合特征不随观测坐标系的旋转而变化,极大简化了移动平台的磁测流程。

反演精度跃升

全张量提供5个独立约束,可大幅压缩模型的不确定性空间,在矿产资源勘探中,可精准确定矿体的埋深与走向。

强抗干扰能力

全张量的5个独立分量受"无源条件"和"对称性"约束,构成了"数据一致性检验"的基础,可识别并剔除异常数据点。

多源分辨能力

全张量的梯度分量对磁源的"边缘与走向"敏感,可通过张量特征值分解分离不同磁源的贡献,如区分1米范围内的炮弹与地雷。

观测类型数据对比

观测类型 约束条件数 反演可确定参数 深度误差(典型场景)
磁场标量 1 仅磁源大致位置 ±50%
磁场矢量 3 位置、磁化方向 ±20%
磁场全张量 5 位置、深度、形状、磁化强度 ±5%

应用场景

地球物理勘探

精准确定矿体的埋深与走向,提高矿产资源勘探效率和准确性。

航空航天

卫星磁测、无人机磁测,无需姿态校准,数据处理效率提升30%以上。

国防安全

战场未爆物探测,可区分1米范围内的炮弹与地雷,提高排爆安全性。

考古研究

定位重叠的金属遗迹(如兵器与生活器具),为考古发掘提供精准指导。

城市地下管线探测

过滤90%以上的干扰信号,精准定位地下管线,避免施工破坏。

空间物理

反演太阳风与地球磁层相互作用的精细结构,深化空间物理研究。

总结

磁场全张量计算的本质是"从'点特征'到'场结构'的认知升级"——它突破了传统磁测对"局部信号"的依赖,通过完整捕捉磁场的三维变化规律,实现了对磁源的"精准定位、精细刻画、高效反演"。

目前,该技术已成为地球物理勘探、航空航天(卫星磁测)、无损检测、国防安全等领域的核心支撑技术,推动了从"粗放式磁测"向"精准化磁解析"的跨越。