[發(fā)明專利]基于激光束和反光鏡的磁干擾分量補(bǔ)償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510092404.2
• 申請日: 2015-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN104678448B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐鴻鋒;朱學(xué)軍;潘孟春;張琦;萬成彪;陳棣湘;羅詩途;呂云霄;李季;胡佳飛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01V3/40
• 分類號(hào): G01V3/40;G01V3/38
• 代理公司: 國防科技大學(xué)專利服務(wù)中心43202
• 代理人: 曹德斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光束和反光鏡的磁干擾分量補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

三軸磁傳感器在應(yīng)用過程中，不可避免需要與磁干擾設(shè)備一同安裝。設(shè)備中可能包含薄膜合金、鋼質(zhì)材料等磁性材料，這些材料在測量中不斷切割地磁場磁力線，被不斷磁化，產(chǎn)生干擾磁場，影響磁場測量。因此研究設(shè)備干擾補(bǔ)償技術(shù)，特別是分量補(bǔ)償技術(shù)，對(duì)提高磁分量測量系統(tǒng)精度具有重要意義。

固定磁場、感應(yīng)磁場作為干擾的主要來源，已經(jīng)有相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了研究。目前廣泛采用的磁場補(bǔ)償方法主要有基于Tolles-Lawson方程的磁補(bǔ)償方法、基于橢圓假設(shè)的磁補(bǔ)償方法等。基于Tolles-Lawson方程的磁補(bǔ)償技術(shù)(Bickel S H.Error Analysis ofan Algorithm for Magnetic Compensation of Aircraft[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic System,1979,AES-15(5):620-626.Bickel S H.Small Signal Compensation of Magnetic Fields Resulting from Aircraft Maneuvers[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic System,1979,AES-15(4):518-525.)比較成熟，被廣泛用于航空磁干擾補(bǔ)償，補(bǔ)償方程包括三個(gè)硬磁干擾系數(shù)、5個(gè)軟磁干擾系數(shù)和8個(gè)渦流干擾系數(shù)，但只對(duì)磁場強(qiáng)度標(biāo)量進(jìn)行補(bǔ)償,不適用于磁干擾分量補(bǔ)償。進(jìn)入二十一世紀(jì)后，隨著三軸磁傳感器的蓬勃發(fā)展，一些學(xué)者對(duì)基于標(biāo)量約束的分量補(bǔ)償方法進(jìn)行了研究。主要是美國紐約大學(xué)和加利福利亞大學(xué)。Gebre-Egziabher等提出了一種不需要外部參考的兩步估計(jì)算法，基于無誤差測量的三軸磁強(qiáng)計(jì)的輸出軌跡滿足橢球面約束的原理，校正三軸磁強(qiáng)計(jì)的零位偏差、硬磁干擾誤差和標(biāo)度因子誤差。他們隨后又分別設(shè)計(jì)了基于迭代估計(jì)算法和批處理最小二乘估計(jì)算法的磁場自校正算法(Gebre-Egziabher D.Magnetometer Autocalibration Leveraging Measurement Locus Constraints[J].Journal of Aircraft,2007,44(4):1361-1368)。2011年，F(xiàn)oster等等將兩步估計(jì)算法推廣，增加了對(duì)非正交誤差的校正(Foster C C,Elkaim G H.Extension of a two-step calibration methodology to include nonorthogonal sensor axes[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,2008,44(3):1070-1078)。Vasconcelos等指出磁強(qiáng)計(jì)的測量誤差估計(jì)問題可轉(zhuǎn)換為對(duì)橢球面旋轉(zhuǎn)、尺度變換和平移變換的估計(jì)問題，并設(shè)計(jì)了基于極大似然估計(jì)算法的磁場自校正算法(Vasconcelos J F,Elkaim G,Silvestre C,Oliveira P,Cardeira B,A geometric approach to strapdown magnetometer calibration in sensor frame[J],IEEE Transactions on Aerospace Eletrical System,2011,47:1293-1305)。然而，這些分量補(bǔ)償方法的本質(zhì)仍基于標(biāo)量約束思想，實(shí)際上是對(duì)分量輸出計(jì)算的標(biāo)量進(jìn)行約束。

國內(nèi)許多研究院所和學(xué)校也開展了干擾補(bǔ)償相關(guān)研究，其中哈爾濱工程大學(xué)、中北大學(xué)、第二炮兵工程大學(xué)、海軍工程大學(xué)等以飛機(jī)、導(dǎo)彈等為研究對(duì)象開展了載體磁場補(bǔ)償研究。中北大學(xué)的張曉明等依據(jù)橢圓假設(shè)，將磁場測量軌跡近似看作一個(gè)橢圓，采用最小二乘方法進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，同時(shí)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證(張曉明,趙剡.基于橢圓約束的新型載體磁場標(biāo)定及補(bǔ)償技術(shù)[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2009,30(11):2438-2443)。海軍工程大學(xué)的龐學(xué)亮、林春生等基于Tolles和Lawson的研究基礎(chǔ)，建立了多參數(shù)的飛機(jī)磁場數(shù)學(xué)模型，開展了飛機(jī)磁場模型系數(shù)的截?cái)嗥娈愔捣纸夥ㄑ芯?龐學(xué)亮,林春生,張寧.飛機(jī)磁場模型系數(shù)的截?cái)嗥娈愔捣纸夥ü烙?jì)[J].探測與控制學(xué)報(bào),2009,31(5):48-51)。上訴方法同樣屬于基于標(biāo)量約束的干擾補(bǔ)償方法，無法適用于分量補(bǔ)償。