[發(fā)明專利]基于拉格朗日乘數(shù)法的地磁矢量測(cè)量系統(tǒng)誤差校正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710067382.3
• 申請(qǐng)日: 2017-02-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106990451B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張琦;萬(wàn)成彪;潘孟春;陳棣湘;劉中艷;孫曉永;吳鳳賀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01V13/00
• 分類號(hào): G01V13/00
• 代理公司: 國(guó)防科技大學(xué)專利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 曹德斌

本發(fā)明屬于磁測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種基于拉格朗日乘數(shù)法的地磁矢量測(cè)量系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)方法，包括以下步驟：(S1)選取校準(zhǔn)區(qū)域，在區(qū)域中心位置設(shè)置一個(gè)無(wú)磁平臺(tái)，用質(zhì)子磁力儀測(cè)量無(wú)磁平臺(tái)上方的地磁場(chǎng)總量；(S2)將地磁矢量測(cè)量系統(tǒng)封裝在一個(gè)無(wú)磁L面箱體中，將箱體放置在無(wú)磁平面上；(S3)翻轉(zhuǎn)無(wú)磁L面箱體，依次使箱體的每個(gè)面作為底面放置在無(wú)磁平臺(tái)上；當(dāng)每個(gè)面作為底面時(shí)，使L面箱體繞無(wú)磁平臺(tái)的垂軸等角度差值旋轉(zhuǎn)R個(gè)姿態(tài)，記錄每個(gè)姿態(tài)時(shí)刻的三軸磁傳感器和慣導(dǎo)系統(tǒng)的輸出值；(S4)建立線性方程組，以地磁場(chǎng)總量作為約束條件，聯(lián)合求解，得到綜合誤差模型參數(shù)；進(jìn)一步得到校準(zhǔn)后的地理坐標(biāo)系和磁傳感器坐標(biāo)系下的地磁矢量值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種基于拉格朗日乘數(shù)法的地磁矢量測(cè)量系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)方法，主要針對(duì)三軸磁傳感器固有誤差、測(cè)量系統(tǒng)的軟磁和硬磁干擾以及三軸磁傳感器與慣導(dǎo)系統(tǒng)之間的敏感軸非對(duì)準(zhǔn)誤差。

背景技術(shù)

地磁場(chǎng)是一個(gè)矢量場(chǎng)，在地理坐標(biāo)系下，其三個(gè)分量分別為北向分量X、東向分量Y和垂直分量Z，一般所說(shuō)的地磁矢量就是指這三個(gè)分量。因此在實(shí)際測(cè)量中，用三軸磁傳感器測(cè)量地磁場(chǎng)在磁傳感器敏感軸方向的投影分量，通過(guò)與三軸磁傳感器捷聯(lián)的慣導(dǎo)系統(tǒng)提供其與地理坐標(biāo)系之間的歐拉角，從而將三軸磁傳感器輸出轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)系下的投影，便可實(shí)現(xiàn)地磁矢量測(cè)量。基于該原理的地磁矢量測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量誤差主要來(lái)源有：三軸磁傳感器固有誤差、測(cè)量系統(tǒng)的軟磁和硬磁干擾以及三軸磁傳感器與慣導(dǎo)系統(tǒng)之間的敏感軸非對(duì)準(zhǔn)誤差等。針對(duì)這三類主要誤差，大多數(shù)的研究都是根據(jù)各自的特點(diǎn)建立誤差模型，通過(guò)估計(jì)誤差模型參數(shù)從而實(shí)現(xiàn)誤差校準(zhǔn)。

對(duì)于三軸磁傳感器固有誤差(零偏誤差、刻度因子誤差和三軸非正交誤差)，J.M.G.Merayo(J.M.G.Merayo.Scalar calibration of vector magnetometers，Meas.Sci.Technol.2000,11(1):20-32)基于地磁場(chǎng)模值不變?cè)恚茖?dǎo)出傳感器三軸測(cè)量值與磁場(chǎng)標(biāo)量值之間的線性化參數(shù)模型，進(jìn)行最小二乘估計(jì)得到傳感器誤差參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)誤差校正。C.C.Foster(C.C.Foster.Extension of a two-step calibrationmethodology to include nonorthogonal sensor axes[J].IEEE Transactions onAerospace and Electronic Systems,2008,44(3):1070-1078.)采用橢圓擬合方法進(jìn)行傳感器誤差模型參數(shù)估計(jì)和誤差校正。

對(duì)于干擾磁場(chǎng)，P.Leliak.(P.Leliak.Identification and evaluation ofmagnetic field sources of mag-netic airborne detector equipped aircraft，IRETRANSACTIONS ON AEROSPACE AND NAVIGATIONAL ELECTRONICS,1961,95-105)基于Tolles-Lawson方程，進(jìn)行了航空磁干擾補(bǔ)償研究。張曉明(張曉明,趙剡.基于橢圓約束的新型載體磁場(chǎng)標(biāo)定及補(bǔ)償技術(shù)，儀器儀表學(xué)報(bào),2009,30(11):2438～2443.)依據(jù)橢圓假設(shè)，將磁場(chǎng)測(cè)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)。上述兩種方法只能補(bǔ)償磁場(chǎng)模值誤差,不能用于磁場(chǎng)分量誤差補(bǔ)償。

對(duì)于敏感軸非對(duì)準(zhǔn)誤差，龐鴻鋒采用直角型臺(tái)面和正六面箱體(龐鴻鋒等.用于地磁要素測(cè)量系統(tǒng)的非對(duì)準(zhǔn)誤差校正方法，國(guó)家發(fā)明專利,專利號(hào)：201210355541.7)，在直角型臺(tái)面上多次翻轉(zhuǎn)無(wú)磁六面體，利用重力矢量不變性，建立非線性方程組，求解磁傳感器與慣性元件之間的非對(duì)準(zhǔn)角，從而得到兩個(gè)敏感軸坐標(biāo)系之間的歐拉旋轉(zhuǎn)矩陣，實(shí)現(xiàn)非對(duì)準(zhǔn)誤差校正。該方法要求直角型臺(tái)面的平面度和垂直度非常高，且每次翻轉(zhuǎn)都要求臺(tái)面和箱體緊密契合。

上述研究均是針對(duì)地磁矢量測(cè)量系統(tǒng)的某一項(xiàng)誤差進(jìn)行校正的。單項(xiàng)誤差分離校正，不僅程序復(fù)雜，而且誤差傳遞會(huì)降低校正精度。若建立地磁矢量測(cè)量系統(tǒng)的綜合誤差模型，進(jìn)行誤差綜合校正，不僅簡(jiǎn)化流程，而且可以提高精度。