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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202310551558.8(22)申请日 2023.05.16(71)申请人 北京航空航天大学地址 100191 北京市海淀区学院路37号(72)发明人 宋欣达段诏新韩邦成龙腾跃贾乐陈宝栋(74)专利代理机构 北京海虹嘉诚知识产权代理有限公司 11129专利代理师 吴小灿(51)Int.Cl.G01R 33/032(2006.01)A61B 5/243(2021.01)A61B 5/245(2021.01)(54)发明名称一种弱磁传感器自动磁补偿方法(57)摘要一种弱磁传感器自动磁补偿方法，根据。
2、光强信号值控制补偿磁场强度，搜索光强信号极值点即磁场零点从而实现自动磁补偿，包括依据斐波那契数列法设计的沿抽运光束方向的磁场补偿算法和依据NelderMead单纯形法设计的垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿算法。自动磁补偿方法的步骤为先根据斐波那契数列法控制沿抽运光束方向的补偿磁场强度，将该方向磁场补偿到误差范围内；再根据NelderMead单纯形法控制垂直于抽运光束方向的平面补偿磁场强度，将该平面磁场补偿到误差范围内，完成三轴自动磁补偿。本发明算法简便高效，既可以提升弱磁传感器磁补偿速度，又可以提高磁补偿速度稳定性，可用于阵列式弱磁传感器应用。权利要求书3页 说明书13页 附图4页CN 116。
3、609711 A2023.08.18CN 116609711 A1.一种弱磁传感器自动磁补偿方法，其特征在于，包括根据光强信号值控制补偿磁场强度，搜索光强信号极值点即磁场零点从而实现自动磁补偿，所述自动磁补偿采用以下实现方式：先根据斐波那契数列法执行沿抽运光束方向的磁场补偿算法流程，将沿抽运光束方向磁场补偿到误差范围内；再根据NelderMead单纯形法执行垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿算法流程，将垂直于抽运光束方向平面磁场补偿到误差范围内，完成三轴自动磁补偿。2.根据权利要求1所述的弱磁传感器自动磁补偿方法，其特征在于，所述沿抽运光束方向的磁场补偿算法流程包括以下步骤：步骤A1，给定初始区。
4、间a，b及MIL，MIL是常数，表示最小区间长度，a和b均为坐标值；步骤A2，计算Bycl和Bycr，Bycl和Bycr是将区间a，b按照对称压缩原则生成区间Bycl，Bycr中的坐标点；步骤A3，判断是否BycrByclMIL，如果是，则产生最终补偿磁场Byc(Bycr+Bycl)/2后结束Y轴方向磁场补偿，进入X轴和Z轴方向磁场补偿，如果否，则进入步骤A4；步骤A4，产生补偿磁场Bycl，采集光电探测器输出PD(Bycl)；步骤A5，产生补偿磁场Bycr，采集光电探测器输出PD(Bycr)；步骤A6，判断是否PD(Bycl)PD(Bycr)，如果是，则对a，Bycl，Bycr依次重新赋值后。
5、返回步骤A3，如果否，则对b，Bycr，Bycl依次重新赋值后返回步骤A3。3.根据权利要求2所述的弱磁传感器自动磁补偿方法，其特征在于，所述步骤A2中包括：其中，1代表压缩系数 k中的第1个元素，k为元素序号数，Fk代表斐波那契数列中的第k个元素，N为初始区间长度与最小区间长度之比取整，是极小的正数。4.根据权利要求1所述的弱磁传感器自动磁补偿方法，其特征在于，所述垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿算法流程包括以下步骤：步骤1，选定B0，B1，B2，Minx，Minz，其中Minx和Minz均为给定常数，B0，B1，B2为初始3个点；步骤2，依次产生补偿磁场B0，B1，B2，并采集相应的光电探。
6、测器输出PD(B0)，PD(B1)，PD(B2)；步骤3，PD(B0)，PD(B1)，PD(B2)从大到小排序，定义点依次为Bl，Bnl，Bs；步骤4，根据Bl，Bnl，Bs，计算Maxx，Maxz，Maxx是3个点Bl，Bnl，Bs的X轴坐标之间的距离最大值，Maxz是3个点Bl，Bnl，Bs的Z轴坐标之间的距离最大值；步骤5，判断是否MaxxMinx或者MaxzMinz，若否，则产生最终补偿磁场Bl后结束X轴和Z轴磁场补偿，若是，则进入步骤6；权利要求书1/3 页2CN 116609711 A2步骤6，计算中心点Bm；步骤7，计算反射点Br；步骤8，产生补偿磁场Br，并采集光电探测器输出P。
7、D(Br)；步骤9，判断是否PD(Bnl)PD(Br)PD(Bl)，若是，则Br代替Bs，比较3个PD值，重新定义3个点Bl，Bnl，Bs后返回步骤4，若否，则进入步骤10；步骤10，判断是否PD(Br)PD(Bl)，若是，则经过步骤10a至10c后返回步骤4，若否，则进入步骤11。步骤10a，计算延伸点Be；步骤10b，产生补偿磁场Be，并采集PD(Be)；步骤10c，判断是否PD(Be)PD(Br)，若是，则Be代替Bs，比较3个PD值，重新定义3个点Bl，Bnl，Bs后返回步骤4，若否，则Br代替Bs，比较3个PD值，重新定义3个点Bl，Bnl，Bs后返回步骤4；步骤11，判断是否PD(。
8、Bs)PD(Br)PD(Bnl)，若是，则计算内收缩点Bic后进入步骤12，若否，则计算外收缩点Boc后进入步骤12；步骤12，产生补偿磁场Bic或Boc，并采集光电探测器输出PD(Bc)；步骤13，判断是否PD(Bc)PD(Bs)，若是，则Bc代替Bs，比较3个PD值，重新定义3个点Bl，Bnl，Bs后返回步骤4，若否，则进入步骤14；步骤14，依次产生3个补偿磁场，采集3个PD值，比较3个PD值，重新定义3个点Bl，Bnl，Bs后返回步骤4。5.根据权利要求1所述的弱磁传感器自动磁补偿方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)基于单光束弱磁传感器模型，在XYZ坐标系下，定义沿抽运光束的方向为Y。
9、方向，建立光强信号与三轴磁场的数学模型，表示为：其中，PD为光电探测器的吸收光强信号；k为比例系数；s是抽运光的光子极化，对于圆偏振光等于1；Rop为抽运率；Rrel为弛豫率；Bx为X轴方向磁场；By为Y轴方向磁场；Bz为Z轴方向磁场；e为电子旋磁比；C0为常数；光强信号携带了三轴磁场Bx、By和Bz的信息。假设Bx和Bz不变，对By求偏导数，表示为：其中，P0sRop/(Rop+Rrel)；在Bx和Bz不为零的情况下，当By0时，当By0时，当By0时，当By0时，PD具有极小值，即当PD达到极小值时，Y轴方向的磁场变为零，因此沿抽运光束方向的磁场补偿问题可以转化为一维极小值点搜索问题；假设。
10、By0，PD与Bx和Bz的关系可表示为：当BxBz0时，PD具有极大值，即当PD达到极大值时，X轴和Z轴方向的磁场变为零，因此垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿问题可以转化为二维极大值点搜索问题；权利要求书2/3 页3CN 116609711 A3(2)通过斐波那契数列法，将沿抽运光束方向的磁场补偿到误差范围内；选定沿抽运光束方向即Y轴方向的剩余磁场区间a，b，将区间a，b按照对称压缩原则生成区间Bycl，Bycr，压缩系数 k由斐波那契数列Fk生成；Y轴线圈先后输出Bycl、Bycr，记录对应的光电探测器输出PD(Bycl)、PD(Bycr)；通过比较PD(Bycl)和PD(Bycr)大小确定。
11、光强信号极小值点即磁场零点所在区间，对Bycl和Bycr重新赋值；经过多次循环，当Bycl，Bycr区间长度小于给定参数MIL时，Y轴线圈输出最终补偿磁场Byc即Bycl和Bycr的均值，沿抽运光束方向的磁场被补偿到误差范围内；(3)通过NelderMead单纯形法，对垂直于抽运光束方向的平面磁场同时进行补偿，将其补偿到误差范围内；将该平面磁场分解为X轴磁场Bx和Z轴磁场Bz，(Bx，Bz)构成平面磁场坐标点，选定3个初始坐标点B0，B1，B2，构造初始单纯形；X轴和Z轴线圈依次输出B0，B1，B2，并依次记录PD(B0)，PD(B1)，PD(B2)，对其进行大小排序，最大值对应的点记为Bl，。
12、次大值对应的点记为Bnl，最小值对应的点记为Bs；Bl，Bnl，Bs的X轴坐标之间的距离最大值记为Maxx，Z轴坐标之间的距离最大值记为Maxz：Bl和Bnl的中心点记为Bm，Bs和Bm连线构成搜索方向，在该方向上进行反射、延伸、外收缩、内收缩等操作获得相应坐标点，并记录与其磁场值对应的光强信号值，将其与PD(Bl)，PD(Bnl)，PD(Bs)进行比较，替换掉光强信号值较小的一个点，构造新的单纯形；经过多次循环，当Maxx小于给定参数Minx或者Maxz小于给定参数Minz时，X轴和Z轴线圈输出最终补偿磁场Bl，垂直于抽运光束方向的平面磁场被补偿到误差范围内。权利要求书3/3 页4CN 11。
13、6609711 A4一种弱磁传感器自动磁补偿方法技术领域0001本发明属于弱磁传感器磁补偿技术领域，具体涉及一种基于斐波那契数列法和NelderMead单纯形法的弱磁传感器自动磁补偿方法。背景技术0002基于SERF原理的弱磁传感器利用SERF原子态(SERF，SpinExchangeRelaxationFree，无自旋交换弛豫)，相比传统的弱磁传感器极大提升了原子的自旋弛豫时间，提高了原子自旋相干性，降低了量子噪声，使得弱磁传感器测量灵敏度得到极大提高，已经广泛应用于人体的心脑磁测量和物质的极弱磁性分析等领域。0003SERF态的实现需要满足三个重要条件：抽运光、高温、弱磁。实现弱磁环境的方。
14、法有被动磁屏蔽和主动磁补偿。被动磁屏蔽通过磁屏蔽房或磁屏蔽桶实现，但屏蔽后的剩余磁场处于10nT左右且受到空间磁场环境波动的影响，不利于极弱磁场精密测量；主动磁补偿方法较多，目前较为常见的有交叉调制法、参数调制法和顺序补偿法。交叉调制法的原理为：抽运光束沿Z方向，检测光束沿X方向，首先在Z轴施加调制磁场，通过锁相放大器提取对应频率的分量得到X轴磁场信息并补偿X轴磁场；然后在X轴施加调制磁场，得到Z轴磁场信息并补偿Z轴磁场。X轴磁场和Z轴磁场补偿完毕后，光电探测器的输出可近似为Y轴磁场信息，据此补偿Y轴磁场。参数调制法利用Z磁场的参数调制，以抑制与气流通过烘箱相关的噪声。顺序补偿法包括两个主要步。
15、骤：无抽运补偿和具有特定序列的顺序补偿。无抽运补偿主要补偿垂直于抽运光束和探测光束方向的磁场。顺序补偿首先在沿抽运光束的方向上施加调制磁场，通过锁相放大器提取对应频率的信号，实现沿探测光束方向的磁场补偿；然后在沿探测光束方向上施加调制磁场，通过锁相放大器提取对应频率的信号，实现沿抽运光束方向的磁场补偿。上述方法均操作复杂，难以实现自动磁补偿。0004在测量人体的心脑磁信号的医疗背景下，面对传统主动磁补偿方法操作复杂、磁补偿速度较慢的问题，寻找一种新型、高效的弱磁传感器自动磁补偿方法成为研究热点。0005为了达到提升磁补偿速度的目标，采用基于斐波那契数列法和NelderMead单纯形法的自动磁补。
16、偿方法补偿环境磁场。该方法操作简单，先通过斐波那契数列法将沿抽运光束方向的磁场补偿到误差范围内，然后通过NelderMead单纯形法将垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿到误差范围内。斐波那契数列法是目标函数为一元单值函数时的最小化优化问题的迭代求解方法。弱磁传感器系统中的光电探测器采集到的光强信号是离散信号，而斐波那契数列法在迭代求解过程中只使用目标函数值f，因此斐波那契数列法相较于其它一维极值点搜索法更为适合。NelderMead单纯形法用于解决存在极小值的函数f(x)在的区域内搜索极小值点的问题。相较于其它二维极值点搜索法，在精度不变的前提下，NelderMead单纯形法搜索过程更为简单。因。
17、此，采用基于斐波那契数列法和NelderMead单纯形法的自动磁补偿方法，既可以提升磁补偿速度，又可以提高磁补偿速度稳定性。说明书1/13 页5CN 116609711 A5发明内容0006本发明的技术解决问题是：本发明的目的是克服现有技术的不足，解决现有主动磁补偿方法操作复杂且磁补偿速度较慢的问题。提供一种弱磁传感器自动磁补偿方法，属于基于斐波那契数列法和NelderMead单纯形法的新方法，能够达到提升磁补偿速度和提高磁补偿速度稳定性的目标，为弱磁传感器等需要高质量零磁环境的应用场合提供技术保障。0007本发明的技术解决方案如下：0008一种弱磁传感器自动磁补偿方法，其特征在于，包括根据光。
18、强信号值控制补偿磁场强度，搜索光强信号极值点即磁场零点从而实现自动磁补偿，所述自动磁补偿采用以下实现方式：先根据斐波那契数列法执行沿抽运光束方向的磁场补偿算法流程，将沿抽运光束方向磁场补偿到误差范围内；再根据NelderMead单纯形法执行垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿算法流程，将垂直于抽运光束方向平面磁场补偿到误差范围内，完成三轴自动磁补偿。0009所述沿抽运光束方向的磁场补偿算法流程包括以下步骤：0010步骤A1，给定初始区间a,b及MIL，MIL是常数，表示最小区间长度，a和b均为坐标值；0011步骤A2，计算Bycl和Bycr，Bycl和Bycr是将区间a,b按照对称压缩原则生成区间。
19、Bycl,Bycr中的坐标点；0012步骤A3，判断是否BycrByclPD(Bycr)，如果是，则对a，Bycl，Bycr依次重新赋值后返回步骤A3，如果否，则对b，Bycr，Bycl依次重新赋值后返回步骤A3。0016所述步骤A2中包括：001700180019其中，1代表压缩系数 k中的第1个元素，k为元素序号数，Fk代表斐波那契数列中的第k个元素，N为初始区间长度与最小区间长度之比取整，是极小的正数。0020所述垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿算法流程包括以下步骤：0021步骤1，选定B0，B1，B2，Minx，Minz，其中Minx和Minz均为给定常数，B0，B1，B2为初始3个点。
20、；0022步骤2，依次产生补偿磁场B0，B1，B2，并采集相应的光电探测器输出PD(B0)，PD(B1)，PD(B2)；说明书2/13 页6CN 116609711 A60023步骤3，PD(B0)，PD(B1)，PD(B2)从大到小排序，定义点依次为Bl，Bnl，Bs；0024步骤4，根据Bl，Bnl，Bs，计算Maxx，Maxz，Maxx是3个点Bl，Bnl，Bs的X轴坐标之间的距离最大值，Maxz是3个点Bl，Bnl，Bs的Z轴坐标之间的距离最大值；0025步骤5，判断是否MaxxMinx或者MaxzMin2，若否，则产生最终补偿磁场Bl后结束X轴和Z轴磁场补偿，若是，则进入步骤6；00。
21、26步骤6，计算中心点Bm；0027步骤7，计算反射点Br；0028步骤8，产生补偿磁场Br，并采集光电探测器输出PD(Br)；0029步骤9，判断是否PD(Bnl)PD(Br)PD(Bl)，若是，则Br代替Bs，比较3个PD值，重新定义3个点Bl，Bnl，Bs后返回步骤4，若否，则进入步骤10；0030步骤10，判断是否PD(Br)PD(Bl)，若是，则经过步骤10a至10c后返回步骤4，若否，则进入步骤11。步骤10a，计算延伸点Be；步骤10b，产生补偿磁场Be，并采集PD(Be)；步骤10c，判断是否PD(Be)PD(Br)，若是，则Be代替Bs，比较3个PD值，重新定义3个点Bl，B。
22、nl，Bs后返回步骤4，若否，则Br代替Bs，比较3个PD值，重新定义3个点Bl，Bnl，Bs后返回步骤4；0031步骤11，判断是否PD(Bs)PD(Br)PD(Bnl)，若是，则计算内收缩点Bic后进入步骤12，若否，则计算外收缩点Boc后进入步骤12；0032步骤12，产生补偿磁场Bic或Boc，并采集光电探测器输出PD(Bc)；0033步骤13，判断是否PD(Bc)PD(Bs)，若是，则Bc代替Bs，比较3个PD值，重新定义3个点Bl，Bnl，Bs后返回步骤4，若否，则进入步骤14；0034步骤14，依次产生3个补偿磁场，采集3个PD值，比较3个PD值，重新定义3个点Bl，Bnl，Bs。
23、后返回步骤4。0035包括下列步骤：0036(1)基于单光束弱磁传感器模型，在XYZ坐标系下，定义沿抽运光束的方向为Y方向，建立光强信号与三轴磁场的数学模型，表示为：00370038其中，PD为光电探测器的吸收光强信号；k为比例系数；s是抽运光的光子极化，对于圆偏振光等于1；Rop为抽运率；Rrel为弛豫率；Bx为X轴方向磁场；By为Y轴方向磁场；Bz为Z轴方向磁场；e为电子旋磁比；C0为常数；0039光强信号携带了三轴磁场Bx、By和Bz的信息。假设Bx和Bz不变，对By求偏导数，表示为：00400041其中，P0sRop/(Rop+Rrel)；0042在Bx和Bz不为零的情况下，当By0时。
24、，说明书3/13 页7CN 116609711 A70043当By0时，PD具有极小值，即当PD达到极小值时，Y轴方向的磁场变为零，因此沿抽运光束方向的磁场补偿问题可以转化为一维极小值点搜索问题；0044假设By0，PD与Bx和Bz的关系可表示为：00450046当BxBz0时，PD具有极大值，即当PD达到极大值时，X轴和Z轴方向的磁场变为零，因此垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿问题可以转化为二维极大值点搜索问题；0047(2)通过斐波那契数列法，将沿抽运光束方向的磁场补偿到误差范围内；选定沿抽运光束方向即Y轴方向的剩余磁场区间a,b，将区间a,b按照对称压缩原则生成区间Bycl,Bycr，压。
25、缩系数 k由斐波那契数列Fk生成；Y轴线圈先后输出Bycl、Bycr，记录对应的光电探测器输出PD(Bycl)、PD(Bycr)；通过比较PD(Bycl)和PD(Bycr)大小确定光强信号极小值点即磁场零点所在区间，对Bycl和Bycr重新赋值；经过多次循环，当Bycl,Bycr区间长度小于给定参数MIL时，Y轴线圈输出最终补偿磁场Byc即Bycl和Bycr的均值，沿抽运光束方向的磁场被补偿到误差范围内；0048(3)通过NelderMead单纯形法，对垂直于抽运光束方向的平面磁场同时进行补偿，将其补偿到误差范围内；将该平面磁场分解为X轴磁场Bx和Z轴磁场Bz，(Bx,Bz)构成平面磁场坐标点。
26、，选定3个初始坐标点B0，B1，B2，构造初始单纯形；X轴和Z轴线圈依次输出B0，B1，B2，并依次记录PD(B0)，PD(B1)，PD(B2)，对其进行大小排序，最大值对应的点记为Bl，次大值对应的点记为Bnl，最小值对应的点记为Bs；Bl，Bnl，Bs的X轴坐标之间的距离最大值记为Maxx，Z轴坐标之间的距离最大值记为Maxz；Bl和Bnl的中心点记为Bm,Bs和Bm连线构成搜索方向，在该方向上进行反射、延伸、外收缩、内收缩等操作获得相应坐标点，并记录与其磁场值对应的光强信号值，将其与PD(Bl)，PD(Bnl)，PD(Bs)进行比较，替换掉光强信号值较小的一个点，构造新的单纯形；经过多次。
27、循环，当Maxx小于给定参数Minx或者Maxz小于给定参数Minz时，X轴和Z轴线圈输出最终补偿磁场Bl，垂直于抽运光束方向的平面磁场被补偿到误差范围内。0049本发明的技术效果如下：本发明一种弱磁传感器自动磁补偿方法是一种非调制补偿方法，与调制补偿方法相比操作更为方便，可以实现自动磁补偿；另外与已有的非调制方法相比，搜索三轴磁场零点即光强信号极值点的速度更快，有效地提升了磁补偿速度，同时提高了磁补偿速度稳定性。0050本发明的原理是：本发明一种弱磁传感器自动磁补偿方法属于一种基于斐波那契数列法和NelderMead单纯形法的用于高质量零磁环境需求的弱磁传感器的自动磁补偿方法。该方法利用光电。
28、探测器接收到的光强信号PD与三轴磁场Bx、By和Bz的关系：By0时，PD具有极小值，即调节Y轴补偿线圈的电流大小，当PD达到极小值时，Y轴方向的磁场变为零，因此对沿抽运光束方向的磁场补偿问题可以转化为一维极小值点搜索问题，利用斐波那契数列法完成磁场补偿；当BxBz0时，PD具有极大值，即同时调节X轴和Z轴补偿线圈的电流大小，当PD达到极大值时，X轴和Z轴方向的磁场变为零，因此对垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿问题可以转化为二维极大值点搜索问题，利用NelderMead单纯形法完成磁场补说明书4/13 页8CN 116609711 A8偿，实现弱磁传感器自动磁补偿。附图说明0051图1为实施本。
29、发明一种弱磁传感器自动磁补偿方法涉及的自动磁补偿控制系统模型框图。图1中包括单光束弱磁传感器光强信号与三轴磁场数学模型部分1，沿抽运光束方向的磁场补偿算法部分2，垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿算法部分3。所述单光束弱磁传感器光强信号与三轴磁场数学模型部分1包括PD(Bx,By,Bz)，PD为光电探测器的吸收光强信号，Bx为X轴方向磁场，By为Y轴方向磁场，Bz为Z轴方向磁场。所述沿抽运光束方向的磁场补偿算法部分2为基于斐波那契数列法，依据光电探测器输出的光强信号控制沿抽运光束方向的补偿磁场强度，搜索光强信号极小值点即磁场零点的补偿算法。所述垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿算法部分3为基于Ne。
30、lderMead单纯形法，依据光电探测器输出的光强信号控制垂直于抽运光束方向的平面补偿磁场强度，搜索光强信号极大值点即平面磁场零点的补偿算法。Bxc、Bzc、Byc分别为X轴线圈输出补偿磁场、Z轴线圈输出补偿磁场、Y轴线圈输出补偿磁场。Bxc、Bzc分别从第3部分输入第1部分，Byc从第2部分输入第1部分。PD从第1部分分别输入第2和第3部分。0052图2为光电探测器吸收光强信号对Y轴方向磁场的偏导与Y轴方向磁场的响应关系图。图2中横轴为Y轴方向磁场By(nT，横轴坐标点为15，10，15)。图2中纵轴为光电探测器吸收PD对By的偏导(arb.units，相对单位，纵轴坐标点为3，2，3*10。
31、5)。图2中，在Bx和Bz不为零的情况下，当By0时，0053当By0时，PD具有极小值，即当PD达到极小值时，Y轴方向的磁场变为零，因此沿抽运光束方向的磁场补偿问题可以转化为一维极小值点搜索问题。0054图3为光电探测器吸收光强信号与X轴方向磁场和Z轴方向磁场的响应关系图。图3中包括X轴方向磁场Bx(nT，坐标点为15，10，15)，Z轴方向磁场Bz(nT，坐标点为10，0，10)，光电探测器吸收PD(arb.units，相对单位，坐标点为0.008，0.1，0.2)。图3中曲面出现极大值点。当BxBz0时，PD具有极大值，即当PD达到极大值时，X轴和Z轴方向的磁场变为零，因此垂直于抽运光束。
32、方向的平面磁场补偿问题可以转化为二维极大值点搜索问题。0055图4为实施本发明一种弱磁传感器自动磁补偿方法涉及的沿抽运光束方向的磁场补偿算法流程图。图4中包括步骤1，给定初始区间a,b及MIL，MIL是常数，表示最小区间长度，a和b均为坐标值；步骤2，计算Bycl和Bycr，Bycl和Bycr是将区间a,b按照对称压缩原则生成区间Bycl,Bycr中的坐标点；步骤3，判断是否BycrByclPD(Bycr)，如果是，则对a，Bycl，Bycr依次重新赋值后返回步骤3，如果否，则对b，Bycr，Bycl依次重新赋值后返回步骤3。0056图5为实施本发明一种弱磁传感器自动磁补偿方法涉及的垂直于抽运。
33、光束方向的平面磁场补偿算法流程图。图5中包括步骤1，选定B0，B1，B2，Minx，Minz，其中Minx和Minz均说明书5/13 页9CN 116609711 A9为给定常数，B0，B1，B2为初始3个点；步骤2，依次产生补偿磁场B0，B1，B2，并采集相应的光电探测器输出PD(B0)，PD(B1)，PD(B2)；步骤3，PD(B0)，PD(B1)，PD(B2)从大到小排序，定义点依次为Bl，Bnl，Bs；步骤4，根据Bl，Bnl，Bs，计算Maxx，Maxz，Maxx是3个点Bl，Bnl，Bs的X轴坐标之间的距离最大值，Maxz是3个点Bl，Bnl，Bs的Z轴坐标之间的距离最大值；步骤5。
34、，判断是否MaxxMinx或者MaxzMinz，若否，则产生最终补偿磁场Bl后结束X轴和Z轴磁场补偿，若是，则进入步骤6；步骤6，计算中心点Bm；步骤7，计算反射点Br；步骤8，产生补偿磁场Br，并采集光电探测器输出PD(Br)；步骤9，判断是否PD(Bnl)PD(Br)PD(Bl)，若是，则Br代替Bs，比较3个PD值，重新定义3个点Bl，Bnl，Bs后返回步骤4，若否，则进入步骤10；步骤10，判断是否PD(Br)PD(Bl)，若是，则经过步骤10a至10c后返回步骤4，若否，则进入步骤11。步骤10a，计算延伸点Be；步骤10b，产生补偿磁场Be，并采集PD(Be)；步骤10c，判断是否。
35、PD(Be)PD(Br)，若是，则Be代替Bs，比较3个PD值，重新定义3个点Bl，Bnl，Bs后返回步骤4，若否，则Br代替Bs，比较3个PD值，重新定义3个点Bl，Bnl，Bs后返回步骤4；步骤11，判断是否PD(Bs)PD(Br)PD(Bnl)，若是，则计算内收缩点Bic后进入步骤12，若否，则计算外收缩点Boc后进入步骤12；步骤12，产生补偿磁场Bic或Boc，并采集光电探测器输出PD(Bc)；步骤13，判断是否PD(Bc)PD(Bs)，若是，则Bc代替Bs，比较3个PD值，重新定义3个点Bl，Bnl，Bs后返回步骤4，若否，则进入步骤14；步骤14，依次产生3个补偿磁场，采集3个P。
36、D值，比较3个PD值，重新定义3个点Bl，Bnl，Bs后返回步骤4。具体实施方式0057下面结合附图(图1图5)和实施例对本发明进行说明。0058图1为实施本发明一种弱磁传感器自动磁补偿方法涉及的自动磁补偿控制系统模型框图。图2为光电探测器吸收光强信号对Y轴方向磁场的偏导与Y轴方向磁场的响应关系图。图3为光电探测器吸收光强信号与X轴方向磁场和Z轴方向磁场的响应关系图。图4为实施本发明一种弱磁传感器自动磁补偿方法涉及的沿抽运光束方向的磁场补偿算法流程图。图5为实施本发明一种弱磁传感器自动磁补偿方法涉及的垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿算法流程图。参考图1至图5所示，一种弱磁传感器自动磁补偿方法，。
37、基于斐波那契数列法和NelderMead单纯形法，包括下列步骤：0059(1)基于单光束弱磁传感器模型，在XYZ坐标系下，定义沿抽运光束的方向为Y方向，建立光强信号与三轴磁场的数学模型，表示为：00600061其中，PD为光电探测器的吸收光强信号；k为比例系数；s是抽运光的光子极化，对于圆偏振光等于1；Rop为抽运率；Rrel为弛豫率；Bx为X轴方向磁场；By为Y轴方向磁场；Bz为Z轴方向磁场；e为电子旋磁比；C0为常数；0062光强信号携带了三轴磁场Bx、By和Bz的信息。假设Bx和Bz不变，对By求偏导数，表示为：说明书6/13 页10CN 116609711 A1000630064其中，。
38、P0sRop/(Rop+Rrel)；0065在Bx和Bz不为零的情况下，当By0时，0066当By0时，PD具有极小值，即当PD达到极小值时，Y轴方向的磁场变为零，因此沿抽运光束方向的磁场补偿问题可以转化为一维极小值点搜索问题；0067假设By0，PD与Bx和Bz的关系可表示为：00680069当BxBz0时，PD具有极大值，即当PD达到极大值时，X轴和Z轴方向的磁场变为零，因此垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿问题可以转化为二维极大值点搜索问题。0070(2)通过斐波那契数列法，将沿抽运光束方向的磁场补偿到误差范围内；选定沿抽运光束方向即Y轴方向的剩余磁场区间a,b，将区间a,b按照对称压缩原。
39、则生成区间Bycl,Bycr，压缩系数 k由斐波那契数列Fk生成；Y轴线圈先后输出Bycl、Bycr，记录对应的光电探测器输出PD(Bycl)、PD(Bycr)；通过比较PD(Bycl)和PD(Bycr)大小确定光强信号极小值点即磁场零点所在区间，对Bycl和Bycr重新赋值；经过多次循环，当Bycl,Bycr区间长度小于给定参数MIL时，Y轴线圈输出最终补偿磁场Byc即Bycl和Bycr的均值，沿抽运光束方向的磁场被补偿到误差范围内；0071(3)通过NelderMead单纯形法，对垂直于抽运光束方向的平面磁场同时进行补偿，将其补偿到误差范围内；将该平面磁场分解为X轴磁场Bx和Z轴磁场Bz，。
40、(Bx,Bz)构成平面磁场坐标点，选定3个初始坐标点B0，B1，B2，构造初始单纯形；X轴和Z轴线圈依次输出B0，B1，B2，并依次记录PD(B0)，PD(B1)，PD(B2)，对其进行大小排序，最大值对应的点记为Bl，次大值对应的点记为Bnl，最小值对应的点记为Bs；Bl，Bnl，Bs的X轴坐标之间的距离最大值记为Maxx，Z轴坐标之间的距离最大值记为Maxz；Bl和Bnl的中心点记为Bm,Bs和Bm连线构成搜索方向，在该方向上进行反射、延伸、外收缩、内收缩等操作获得相应坐标点，并记录与其磁场值对应的光强信号值，将其与PD(Bl)，PD(Bnl)，PD(Bs)进行比较，替换掉光强信号值较小的。
41、一个点，构造新的单纯形；经过多次循环，当Maxx小于给定参数Minx或者Maxz小于给定参数Minz时，X轴和Z轴线圈输出最终补偿磁场Bl，垂直于抽运光束方向的平面磁场被补偿到误差范围内。0072沿抽运光束方向的磁场补偿算法依据斐波那契数列法设计，该方法的具体步骤为：0073(1)给定初始区间a,b及MIL，MIL是常数，表示最小区间长度，计算Bycl和Bycr；0074Bycl和Bycr的计算式为：0075说明书7/13 页11CN 116609711 A110076其中，1代表压缩系数 k中的第1个元素；0077压缩系数 k的计算式为：00780079其中，Fk代表斐波那契数列中的第k个元。
42、素，N为初始区间长度与最小区间长度之比取整,是极小的正数；0080(2)判断BycrByclPD(Bycr)是否成立，如果成立，对a，Bycl，Bycr依次重新赋值，分别表示为：00830084其中，k代表压缩系数中的第k个元素；0085如果不成立，对b，Bycr，Bycl依次重新赋值，分别表示为：00860087赋值后跳转至步骤(2)；0088算法循环结束后，沿抽运光束方向的磁场被补偿到误差范围内。0089垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿算法依据NelderMead单纯形法设计，该方法的具体步骤为：0090(1)给定常数Minx，Minz，并选定初始的3个点，构造初始单纯形：0091BiB0。
43、+iei(Bxci,Bzci),i1,2(8)0092其中，i为正数，其值由优化对象的具体规模决定；ei代表单位向量，是空间的标准基，e1(1,0)，e2(0,1)；0093(2)通过电流源驱动X轴和Z轴线圈依次输出B0，B1，B2，并依次采集光电探测器输出，记录为PD(B0)，PD(B1)，PD(B2)。将PD(B0)，PD(B1)，PD(B2)从小到大排序，如果多个点目标函数值相等，新产生的点赋予更高的下标索引，最大值对应的点记为Bl，次大值对应的记为点Bnl，最小值对应的记为点Bs；0094(3)计算三个点Bl，Bnl，Bs的X轴坐标之间的距离最大值，记为Maxx，计算三个点的Z轴坐标之。
44、间的距离最大值，记为Maxz，判断MaxxMinx或者MaxzMinz是否成立，如果不成说明书8/13 页12CN 116609711 A12立，通过电流源驱动X轴和Z轴线圈输出Bl，结束X轴和Z轴磁场补偿，如果成立，进入下一个步骤(4)；0095(4)计算最好点Bl和次好点Bnl的中心点Bm，利用反射系数 在Bm方向上对最差点Bs进行反射，计算反射点Br；0096Bm和Br的计算式为：00970098其中，代表反射系数，0，一般取 1；0099通过电流源驱动X轴和Z轴线圈输出Br，并采集光电探测器输出，记录为PD(Br)，判断PD(Bnl)PD(Br)PD(Bl)是否成立，如果成立，用Br代。
45、替Bs，将PD(Br)，PD(Bnl)，PD(Bl)从小到大排序，最大值对应的点记为Bl，次大值对应的记为点Bnl，最小值对应的记为点Bs，跳转至步骤(3)，如果不成立，进入下一个步骤(5)；0100(5)判断PD(Br)PD(Bl)是否成立，如果成立，进入下一个步骤(6)，如果不成立，跳转至步骤(7)；0101(6)计算延伸点Be，表示为：0102BeBg+(BrBg)(10)0103其中，代表延伸系数，1，一般取 2；0104通过电流源驱动X轴和Z轴线圈输出Be，并采集光电探测器输出，记录为PD(Be)，判断PD(Be)PD(Br)是否成立，如果成立，用Be代替Bs，将PD(Be)，PD(。
46、Bnl)，PD(Bl)从小到大排序，最大值对应的点记为Bl，次大值对应的记为点Bnl，最小值对应的记为点Bs，跳转至步骤(3)，如果不成立，用Br代替Bs，将PD(Br)，PD(Bnl)，PD(Bl)从小到大排序，最大值对应的点记为Bl，次大值对应的记为点Bnl，最小值对应的记为点Bs，跳转至步骤(3)；0105(7)判断PD(Bs)PD(Br)PD(Bnl)是否成立，如果成立，跳转至步骤(9)，如果不成立，进入下一个步骤(8)；0106(8)对(BrBm)进行外收缩，计算外收缩点Boc，表示为：0107BocBm+(BrBm)(11)0108其中，代表收缩系数，01，一般取0.5；0109(。
47、9)用Bs代替Br进行内收缩，计算内收缩点Bic，表示为：0110BicBm+(BsBm)(12)0111(10)通过电流源驱动X轴和Z轴线圈输出Boc或者Bic，并采集光电探测器输出，记录为PD(Bc)；0112判断PD(Bc)PD(Bs)是否成立，如果成立，用Bc代替Bs，将PD(Bc)，PD(Bnl)，PD(Bl)从小到大排序，最大值对应的点记为Bl，次大值对应的记为点Bnl，最小值对应的记为点Bs，跳转至步骤(3)；0113如果不成立，只保留点Bl，其他点全部替换，替换关系为：0114BiBl+(BiBl)(13)0115其中，代表压缩系数，一般取 0.5；0116通过电流源驱动X轴和。
48、Z轴线圈输出Bl，Bi，并依次采集光电探测器输出，记录为PD说明书9/13 页13CN 116609711 A13(Bl),PD(Bi)。将PD(Bl)，PD(Bi)从小到大排序，最大值对应的点记为Bl，次大值对应的记为点Bnl，最小值对应的记为点Bs，跳转至步骤(3)；0117算法循环结束后，垂直于抽运光束方向的磁场被补偿到误差范围内，完成弱磁传感器的三轴自动磁补偿。0118具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本方式所述的一种弱磁传感器的自动磁补偿方法是基于斐波那契数列法和NelderMead单纯形法的方法，包括单光束弱磁传感器光强信号与三轴磁场数学模型部分1，沿抽运光束方向的磁场补偿算。
49、法部分2，垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿算法部分3。0119所述单光束弱磁传感器光强信号与三轴磁场数学模型部分1，包括PD(Bxx,By,Bz)。0120所述沿抽运光束方向的磁场补偿算法部分2为基于斐波那契数列法，依据光电探测器输出的光强信号控制沿抽运光束方向的补偿磁场强度，搜索光强信号极小值点即磁场零点的补偿算法。选定沿抽运光束方向即Y轴方向的剩余磁场区间a,b，将区间a,b按照对称压缩原则生成区间Bycl,Bycr，压缩系数k由斐波那契数列Fk生成；Y轴线圈先后输出Bycl、Bycr，记录对应的光电探测器输出PD(Bycl)、PD(Bycr)；通过比较PD(Bycl)和PD(Bycr)大。
50、小确定光强信号极小值点即磁场零点所在区间，对Bycl和Bycr重新赋值；经过多次循环，当Bycl,Bycr区间长度小于给定参数MIL时，Y轴线圈输出最终补偿磁场Byc即Bycl和Bycr的均值，沿抽运光束方向的磁场被补偿到误差范围内。0121所述垂直于抽运光束方向的平面磁场补偿算法部分3为基于NelderMead单纯形法，依据光电探测器输出的光强信号控制垂直于抽运光束方向的平面补偿磁场强度，搜索光强信号极大值点即平面磁场零点的补偿算法。将该平面磁场分解为X轴磁场Bx和Z轴磁场Bz，(Bx,Bz)构成平面磁场坐标点，选定3个初始坐标点B0，B1，B2，构造初始单纯形；X轴和Z轴线圈依次输出B0，。