(57) 1. Магнитная обсерватория (200) для измерения вектора напряженности локального магнитного поля, содержащая:
a) скалярный магнитометр (MS) для получения абсолютного измерения модуля вектора (F) напряженности локального магнитного поля;
b) угловой магнитометр (МА), содержащий:
1) первый держатель (320), выполненный с возможностью ориентации вокруг первой оси вращения, называемой главной осью (321) вращения, позволяющей получить горизонтальную ориентацию первого ориентируемого держателя (320), причем указанный первый ориентируемый держатель (320) содержит:
i) главный двигатель (322) для изменения горизонтальной ориентации первого ориентируемого держателя (320) вокруг главной оси (321);
ii) второй держатель (310), выполненный с возможностью ориентации вокруг второй оси вращения, называемой вторичной осью (311) вращения, позволяющей получить вертикальную ориентацию второго ориентируемого держателя (310), ортогональной главной оси (321), причем указанный второй ориентируемый держатель (310) содержит вспомогательный двигатель (312) для изменения вертикальной ориентации второго ориентируемого держателя (310) вокруг вторичной оси (311) и магнитный датчик (323) для измерения направления вектора напряженности локального магнитного поля;
2) средство (340) для управления главным и вспомогательным двигателями (322 и 312);
3) устройство (350) для измерения и получения по углу горизонтальной и вертикальной ориентации первого и второго ориентируемых держателей (320, 310);
c) магнитный вариометр (MV), который регистрирует вариации в трех математически независимых составляющих вектора напряженности локального магнитного поля;
d) часы (201),
отличающаяся тем, что первый ориентируемый держатель (320) углового магнитометра (МА) дополнительно содержит датчик (313) угла наклона;
второй ориентируемый держатель (310) углового магнитометра (МА) дополнительно содержит устройство (324), указывающее на север;
обсерватория содержит контроллер (202), выполненный с возможностью:
a) автоматического управления главным двигателем (322) и вспомогательным двигателем (312);
b) управления ориентацией:
1) датчика (313) угла наклона для измерения направления вертикали (V);
2) устройства (324), указывающего на север, для измерения направления географического севера (N);
3) магнитного датчика (323) для измерения направления вектора напряженности локального магнитного поля;
c) получения:
1) углов направления вектора напряженности локального магнитного поля по отношению к географическому северу (N) и к вертикали (V) в зависимости от горизонтальной и вертикальной ориентации первого и второго ориентируемых держателей, ориентации которых измеряются с помощью устройства (350) для измерения и получения по углу;
2) вариаций в трех математически независимых составляющих вектора напряженности локального магнитного поля, которые измеряются с помощью вариометра (MV);
3) значений модуля вектора (F) напряженности локального магнитного поля, которые измеряются с помощью скалярного магнитометра (MS);
d) обработки данных, полученных на этапе с), для автоматического получения вектора напряженности локального магнитного поля и погрешностей в измерениях, связанных с каждым средством измерения.
2. Обсерватория по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый датчик (313) угла наклона установлен на первом ориентируемом держателе (320) или на втором ориентируемом держателе (310).
3. Обсерватория по п.1, отличающаяся тем, что первый и второй ориентируемые держатели, главный и вспомогательный двигатели, устройство (324), указывающее на север, датчик угла наклона, средство (340) для управления главным и вспомогательным двигателями и устройство (350) для измерения и получения по углу образованы немагнитными компонентами, определенными таким образом, что магнитная восприимчивость материалов находится в диапазоне от -1 до 1, предпочтительно от -10^-1 до 10^-1 и более предпочтительно от -10^-3 до 10^-3.
4. Обсерватория по п.3, отличающаяся тем, что немагнитные компоненты представляют собой материалы из следующего списка: керамика, алюминий, сплав Arcap, титан, медь, эрталон, нейлон, Ertacetal, полиэфирэфиркетон.
5. Обсерватория по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что скалярный магнитометр (MS) относится к одному из следующих типов: протоновый магнитометр, магнитометр с эффектом Оверхаузера, квантовый магнитометр, магнитометр с оптической накачкой.
6. Обсерватория по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что магнитный датчик (323) относится к одному из следующих типов: феррозондовый магнитометр, магнитометр Fluxset, электрическая цепь в состоянии вращения или скалярный магнитометр, поляризованный магнитным устройством.
7. Обсерватория по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что устройство (324), указывающее на север, относится к одному из следующих типов: глобальная навигационная спутниковая система, глобальная система определения местоположения, целеуказание, указание на небесное тело, гироскоп, детектор абсолютного вращения, поляризация по солнечному свету.
8. Обсерватория по любому из предыдущих пунктов, содержащая множество немагнитных опорных плит, предпочтительно изготовленных из бетона, поддерживающих по меньшей мере один из следующих элементов: скалярный магнитометр (MS), угловой магнитометр (МА), вариометр (MV), часы (201), контроллер (202), при этом немагнитные опорные плиты имеют средние размеры [толщина, ширина, длина] в диапазоне от [1, 10, 10] см до [6, 10, 10] м, предпочтительно от [10, 20, 20] см до [1, 2, 2] м, более предпочтительно от [15, 25, 25] см до [0,25, 0,5, 0,5] м и отстоят друг от друга на среднее расстояние в диапазоне от 0 до 10 м, предпочтительно от 1 до 6 м и более предпочтительно от 2 до 4 м.
9. Обсерватория по п.8, содержащая по меньшей мере одно немагнитное укрытие, окружающее множество опорных плит и содержащее изолированную стенку, средняя толщина которой варьирует в диапазоне от 1 до 60 см, предпочтительно от 2 до 30 см, более предпочтительно от 5 до 10 см, при этом по меньшей мере одно магнитное укрытие защищает по меньшей мере один из следующих элементов: скалярный магнитометр (MS), угловой магнитометр (МА), вариометр (MV), часы (201), контроллер (202).
10. Способ получения вектора напряженности локального магнитного поля с помощью магнитной обсерватории по любому из предыдущих пунктов, включающий следующие этапы:
a) контроллер (202) получает измерения модуля указанного вектора F напряженности локального магнитного поля, и эти измерения выполняются с помощью скалярного магнитометра (MS) в разные моменты времени ti;
b) контроллер (202) получает измерения трех математически независимых составляющих вектора напряженности локального магнитного поля, dU, dV, dW, и эти измерения выполняются с помощью вариометра (MV) в разные моменты времени ti;
c) контроллер (202) управляет главным двигателем (322) для того, чтобы изменить горизонтальную ориентацию первого ориентируемого держателя (320), и в зависимости от показаний датчика угла наклона измеряет вертикальное направление V;
d) контроллер (202) управляет главным двигателем (322) и вспомогательным двигателем (312) для того, чтобы изменить горизонтальную ориентацию первого ориентируемого держателя (320) и вертикальную ориентацию второго ориентируемого держателя (310), и в зависимости от показаний устройства (324), указывающего на север, измеряет направление географического севера N;
e) контроллер (202) управляет главным и вспомогательным двигателями для того, чтобы изменить горизонтальную и вертикальную ориентации углового магнитометра (МА), и в зависимости от показаний магнитного датчика (323), показания которого получены в разные моменты времени ti, измеряет два угла D* и I*, соответствующие направлению вектора напряженности локального магнитного поля;
f) контроллер (202) вычисляет абсолютные значения двух углов из направлений, полученных на этапах с)-е) таким образом, что


g) контроллер (202) вычисляет исходные линии вариометра (MV) в момент времени t, который является средним значением разных моментов времени ti, используя абсолютный модуль вектора F напряженности локального магнитного поля, полученный как на этапе а), и углы, полученные как на этапе f);
h) контроллер (202) выполняет калибровку масштабных коэффициентов каждой математически независимой составляющей вариометра (MV);
i) контроллер (202) выполняет калибровку ортогональности и ориентации в пространстве трех математически независимых составляющих вариометра (MV) и вычисляет эйлеровы матрицы E поворота;
j) контроллер (202) вычисляет значение вектора напряженности локального магнитного поля путем осуществления следующих этапов:
1) получение ориентированных измерений, применяя эйлеровы повороты Е, которые были получены на этапе i), к трем измерениям вариометра (MV): dU, dV и dW;
2) получение измерений, подлежащих масштабированию, путем умножения трех ориентированных измерений вариометра (MV) на соответствующие масштабные коэффициенты, полученные на этапе h);
3) получение трех составляющих вектора напряженности локального магнитного поля путем добавления исходных линий к трем ориентированным и масштабируемым измерениям.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что на этапе е) контроллер (202) измеряет два угла D* и I* путем осуществления следующих этапов:
a) изменение горизонтальной ориентации первого ориентируемого держателя (320), пока магнитный датчик (323) не укажет на нуль, и получение первого угла D*;
b) изменение вертикальной ориентации второго ориентируемого держателя (310), пока магнитный датчик (323) не укажет на нуль, и получение второго угла I*.
12. Способ по любому из пп.10 и 11, отличающийся тем, что контроллер (202) вычисляет исходные линии вариометра (MV), исходя из трех измерений вариометра (MV): dU, dV и dW, абсолютного модуля вектора F напряженности локального магнитного поля, двух углов, характеризующих направление вектора напряженности локального магнитного поля: угла наклона I и угла склонения D, и необязательно функций g_U, g_V, g_W, что позволяет выполнить замену координат D, F, I координатами U, V, W, и контроллер (202) вычисляет исходные линии U₀, V₀, W₀, используя

13. Способ по любому из пп.10-12, отличающийся тем, что контроллер (202) выполняет калибровку масштабных коэффициентов каждой составляющей вариометра (MV) путем осуществления следующих этапов:
a) измерение амплитуд вариаций в исходных линиях по отношению к амплитудам сигналов каждой из трех составляющих вектора напряженности локального магнитного поля в течение предварительно установленного периода времени;
b) умножение трех измерений вариометра (MV): dU, dV и dW на поправочные коэффициенты, масштабные коэффициенты f_U, f_V, f_W;
c) вычитание значений с учетом поправок и вычисление исходных линий, используя

d) увеличение или уменьшение соответствующих масштабных коэффициентов для уменьшения вариаций в соответствующих исходных линиях;
e) корректировка измерений вариометра (MV) путем умножения на соответствующие масштабные коэффициенты;
этапы а)-d) могут быть повторены до тех пор, пока увеличение или уменьшение в масштабных коэффициентах не будет меньше, чем заданная величина.
14. Способ по любому из пп.10-13, отличающийся тем, что контроллер (202) выполняет калибровку ортогональности и ориентации в пространстве трех математически независимых составляющих вариометра (MV) и вычисляет эйлеровы матрицы E поворота путем осуществления следующих этапов:
a) изучение вариации в исходной линии составляющей как функции амплитуды сигнала других составляющих в течение заданного периода времени;
b) вычисление эйлеровых матриц E поворота и корректировка ориентации до тех пор, пока вариация в исходной линии не будет меньше, чем заданное значение.
15. Способ по п.10, отличающийся тем, что этап е) заключается в следующем: контроллер (202) управляет главным и вспомогательным двигателями для того, чтобы изменить горизонтальную и вертикальную ориентации углового магнитометра (МА), и в зависимости от показаний магнитного датчика (323), показания которого получены в разные моменты времени ti, измеряет два угла D* и I*, соответствующие направлению вектора напряженности локального магнитного поля путем осуществления следующих этапов:
a) изменение горизонтальной ориентации первого ориентируемого держателя (320) таким образом, что магнитный датчик (323) показывает нулевое значение измерения, и получение ориентации D1 первого ориентируемого держателя (320), соответствующей этому измерению;
b) изменение горизонтальной ориентации первого ориентируемого держателя (320) на 180° и корректировка горизонтальной ориентации таким образом, что магнитный датчик (323) показывает нулевое значение измерения, и получение ориентации D2 первого ориентируемого держателя (320), соответствующей этому измерению;
c) изменение вертикальной ориентации второго ориентируемого держателя (310) на 180° и корректировка горизонтальной ориентации первого ориентируемого держателя (320) таким образом, что магнитный датчик (323) показывает нулевое значение измерения, и получение ориентации D3 первого ориентируемого держателя (320), соответствующей этому измерению;
d) изменение горизонтальной ориентации первого ориентируемого держателя (320) на 180° и корректировка горизонтальной ориентации таким образом, что магнитный датчик (323) показывает нулевое значение измерения, и получение ориентации D4 первого ориентируемого держателя (320), соответствующей этому измерению;
e) вычисление первого угла, соответствующего горизонтальному направлению локального магнитного поля, путем вычисления среднего значения четырех измерений:
D* = (D1 + D2 + D3 + D4)/4;
f) изменение горизонтальной ориентации первого ориентируемого держателя (320) к направлению D*-90°;
g) выполнение этапов а)-с), на которых горизонтальная и вертикальная ориентации заменены местами и на которых роли первого и второго ориентируемых держателей (320 и 310) заменены местами, и, таким образом, получение ориентации I1, I2, I3;
h) изменение горизонтальной ориентации первого ориентируемого держателя (320) к направлению D*-90° и корректировка вертикальной ориентации второго ориентируемого держателя (310) таким образом, что магнитный датчик (323) показывает нулевое значение измерения, и получение ориентации I4 второго ориентируемого держателя (310), соответствующей этому измерению;
i) вычисление второго угла, соответствующего второму направлению локального магнитного поля, путем вычисления среднего значения четырех измерений:
I* = (I1 + I2 + I3 + I4)/4
16. Способ по любому из пп.10-15, отличающийся тем, что устройство (324), указывающее на север, представляет собой указывающее устройство типа детектора абсолютного вращения, и при этом этап d) по п.10 заключается в следующем: контроллер (202) управляет главным двигателем (322) и вспомогательным двигателем (312) с целью изменения горизонтальной ориентации первого ориентируемого держателя (320) и вертикальной ориентации второго ориентируемого держателя (310), и в зависимости от показаний устройства (324), указывающего на север, измеряет направление географического севера N путем изменения горизонтальной ориентации первого ориентируемого держателя (320) до тех пор, пока детектор абсолютного вращения не укажет на нулевое значение измерения, и получает ориентацию N первого ориентируемого держателя (320), соответствующую этому измерению.
17. Способ по любому из пп.10-16, отличающийся тем, что устройство (324), указывающее на север, представляет собой указывающее устройство типа детектора абсолютного вращения, и при этом этап d) по п.10 включает этапы а)-е) по п.15, этапы, на которых магнитный датчик (323) заменен детектором абсолютного вращения, а ориентации D1, D2, D3, D4 и D* заменены на N1, N2, N3, N4 и N.
18. Способ по любому из пп.10-17, отличающийся тем, что скалярный магнитометр (MS) и вариометр (MV) выполняют измерения с частотой от 0,01 до 100 Гц, предпочтительно от 0,05 до 10 Гц и более предпочтительно от 0,1 до 1 Гц.
19. Способ по любому из пп.10-18, отличающийся тем, что измерения ориентации вектора напряженности локального магнитного поля выполняют с частотой в диапазоне от 10^-7 до 10^-2 Гц, предпочтительно в диапазоне от 10^-6 до 10^-3 Гц и более предпочтительно в диапазоне от 10^-5 до 10^-4 Гц.
20. Обсерватория по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что она реализует способ по любому из пп.10-19.

---