[發(fā)明專利]用于定位水下運(yùn)動(dòng)磁目標(biāo)的磁傳感器陣列校準(zhǔn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410069499.1
• 申請(qǐng)日: 2014-02-27
• 公開（公告）號(hào): CN103792595A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊保國(guó);韓順利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所
• 主分類號(hào): G01V13/00
• 分類號(hào): G01V13/00
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司 37205
• 代理人: 王連君

1.用于定位水下運(yùn)動(dòng)磁目標(biāo)的磁傳感器陣列校準(zhǔn)方法，其特征在于，

包括N個(gè)已校準(zhǔn)三維量的磁傳感器，按照一定的陣型布放于海底；各個(gè)磁傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)由海底電纜傳輸至水下或水上基站進(jìn)行處理，N為整數(shù)，且N≥2；

在每個(gè)磁傳感器上集成有壓力傳感器和羅經(jīng)，磁傳感器和羅經(jīng)集成后，完成羅經(jīng)與磁傳感器坐標(biāo)系角度差的校準(zhǔn)；所述校準(zhǔn)方法包括如下校準(zhǔn)步驟：

a磁傳感器的姿態(tài)校準(zhǔn)

設(shè)磁目標(biāo)的坐標(biāo)為第i個(gè)磁傳感器的大地坐標(biāo)為1≤i≤N，磁傳感器三維姿態(tài)角為對(duì)磁目標(biāo)的定向數(shù)據(jù)方位角為定向坐標(biāo)系為(X′_a,Y′_a,Z′_a)；磁目標(biāo)在以磁傳感器為原點(diǎn)的大地坐標(biāo)系的方位角為坐標(biāo)系為(X_a,Y_a,Z_a)；

上述兩個(gè)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣表示為：

R(Ψ)=cosκcosAcosκsinAsinκ-cosφ`sinA-sinφ`sinκcosAcosφ`cosA-sinφ`sinκsinAsinφ`cosκsinφ`sinA-cosφ`sinκcosA-sinφ`cosA-cosφ`sinκAcosφ`cosκT,]]>

其中，φ`＝acsin(sinφ/cosκ)，

磁目標(biāo)的坐標(biāo)表示為(X_a,Y_a,Z_a)^T＝R(Ψ)(X′_a,Y′_a,Z′_a)^T；

設(shè)羅經(jīng)與磁傳感器坐標(biāo)系角度差的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)為Ψ′，布放后羅經(jīng)的角度數(shù)據(jù)為Ψ″，得到：

R(Ψ)＝R(Ψ″)R(Ψ′)，

因此，磁目標(biāo)的定向數(shù)據(jù)和大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)公式為：

(cosα_i,cosβ_i,cosγ_i)^T＝R(Ψ)(cosα′_i,cosβ′_i,cosγ′_i)^T；

b磁傳感器陣列陣型的校準(zhǔn)

壓力傳感器提供每個(gè)磁傳感器的深度數(shù)據(jù)或相對(duì)深度數(shù)據(jù)，得到磁傳感器的zi，進(jìn)一步對(duì)磁傳感器的大地平面坐標(biāo)(x_i,y_i)進(jìn)行估計(jì)；

采用水面目標(biāo)艦船軌跡航行的方法進(jìn)行陣列校準(zhǔn)，艦船裝有衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS實(shí)時(shí)測(cè)量艦船的大地坐標(biāo)，記GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)為同時(shí)裝有同步芯片，使用通信系統(tǒng)發(fā)送坐標(biāo)數(shù)據(jù)至基站；

通過采用艦船盲航行獲得各個(gè)陣元的初始值，即當(dāng)?shù)趇個(gè)磁傳感器定向?yàn)檎戏綍r(shí)，記錄此時(shí)的GPS平面坐標(biāo)為第i個(gè)磁傳感器的平面坐標(biāo)，作為校準(zhǔn)的初始值；

獲得初始值后，艦船按照一定的軌跡航行，此時(shí)包含測(cè)量數(shù)據(jù)和待估量的觀測(cè)方程為：

cosβ1cosα1=yG-y1xG-x1+V]]>

cosβ2cosα2=yG-y2xG-x2+V,]]>

...

cosβNcosαN=yG-yNxG-xN+V]]>

以及

cotγ1=zi(xG-x1)2+(yG-y1)2+V]]>

cotγ2=zi(xG-x2)2+(yG-y2)2+V,]]>

...

cotγN=zi(xG-xN)2+(yG-yN)2+V]]>

其中，V為系統(tǒng)的觀測(cè)殘差，使用最小二乘準(zhǔn)則估計(jì)各個(gè)磁傳感器的位置，由于方程帶有一定的非線性，因此需采用非線性最小二乘方法，利用初始值進(jìn)行估計(jì)，得第i個(gè)磁傳感器的平面坐標(biāo)(x_i,y_i)。