[發明專利]一種基于三軸加速度計測姿的地磁二分量測量方法

有效

• 申請號: 202110160104.9
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN113008227B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 張琦;潘孟春;劉中艷;陳卓;劉旺;胡佳飛;朱燦林;徐昱靜;丁翹楚;李裴森;彭俊平;邱偉成;陳棣湘
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01C21/12
• 分類號: G01C21/12;G01C21/08
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 胡君

本發明公開一種基于三軸加速度計測姿的地磁二分量測量方法，步驟包括：S1.由移動載體搭載地磁矢量測量系統對目標測量區域進行連續測量，地磁矢量測量系統包括三軸磁傳感器、三軸加速度計，由三軸磁傳感器測量載體坐標系下三分量磁場值，由三軸加速度計測量載體相對于慣性空間的加速度在載體坐標系下的投影；S2.獲取三軸加速度計的測量數據，根據三軸加速度計的測量數據求解出載體在地理坐標系下的俯仰姿態角、橫滾姿態角；S3.獲取三軸磁傳感器的測量數據，根據三軸磁傳感器的測量數據以及求解出的俯仰姿態角、橫滾姿態角，求解出地磁水平分量和垂向分量。本發明具有實現操作簡單、成本低、測量精度高、抗干擾性強、安全可靠等優點。

技術領域

本發明涉及磁測量技術領域，尤其涉及一種基于三軸加速度計測姿的地磁二分量測量方法。

背景技術

地磁場是一個矢量場，在地理坐標系下，其三個分量分別為北向分量X、東向分量Y和垂直分量Z，其中北向分量與東向分量可以合成為地磁水平分量H。地磁矢量可選信息豐富、特征顯著，可以有效提高地磁匹配導航精度。在地磁矢量測量與導航中利用的均為地磁場三分量，而為了實現地磁三分量測量，則必須提供載體的全姿態信息。傳統通常是基于慣導系統測姿實現地磁矢量測量，即在實際測量中，通過與三軸磁傳感器捷聯的慣性導航系統提供其與地理坐標系之間的三個歐拉角(俯仰角、橫滾角和偏航角)，從而將三軸磁傳感器輸出轉換為地理坐標系下的投影，實現地磁三分量測量。然而，慣導系統由于自身慣性器件測量誤差存在漂移累積，導致所提供的偏航角累積誤差經過坐標旋轉傳遞到地磁矢量測量值中，進而造成地磁矢量測量精度低、測量結果不可靠的問題。同時，傳統地磁矢量測量系統中需要所采用高精度慣性導航系統，使得系統整體體積和質量較大，還會制約其在中小型空中無人平臺的應用。

為緩解上述問題，現有技術中通常是在測量完成后再對地磁矢量測量系統測量誤差進行校正，校正方法如基于地磁場模值不變原理，推導出傳感器三軸測量值與磁場標量值之間的線性化參數模型，進行最小二乘估計得到傳感器誤差參數，從而實現誤差校正；或采用橢圓擬合方法進行傳感器誤差模型參數估計和誤差校正，或根據全球地磁模型計算出試驗區域的地磁場矢量值，以三軸磁傳感器和三軸慣性元件輸出值建立地磁矢量測量模型，求解方程組后得到誤差模型參數和補償后的地磁場值矢量。但上述校正方法都是針對地磁矢量測量系統輸出結果進行單項或綜合誤差校正，由于系統中存在的誤差傳遞會造成測量精度降低，如由全球地磁模型得到的地磁場矢量本身也有誤差，也會影響參數估計精度，從而降低誤差校準精度，而且無法從根本上解決慣導系統姿態輸出漂移帶來的精度問題，故而無法滿足長時間地磁矢量測量、矢量匹配導航等應用場景。

有從業者提出通過測量和修正系統的姿態角以對地磁矢量測量系統測量誤差進行補償，如基于多姿態直接計算法，直接利用多個姿態下三軸磁強計輸出的各個分量進行誤差計算并進行補償，但一方面該類方法中修正后姿態精度仍不夠高，另一方面磁傳感器在存在磁干擾環境中會破壞輸出所含姿態信息。

綜上，傳統基于慣導系統測姿的地磁矢量測量方法存在慣導輸出漂移和磁傳感器自身易受干擾導致的航向角不可靠等問題，而針對于系統的姿態輸出修正方法，由于加速度計無法校正航向角，通常是利用加速度計和磁傳感器進行姿態角融合校正求解，但磁傳感器又極易受外界磁干擾，會破壞輸出所含姿態信息，進而降低姿態估計精度。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種實現操作簡單、成本低、測量精度高、抗干擾性強、安全可靠的基于三軸加速度計測姿的地磁二分量測量方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種基于三軸加速度計測姿的地磁二分量測量方法，步驟包括：

S1.由移動載體搭載地磁矢量測量系統對目標測量區域進行連續測量，所述地磁矢量測量系統包括三軸磁傳感器、三軸加速度計，由所述三軸磁傳感器測量載體坐標系下三分量磁場值，由所述三軸加速度計測量載體相對于慣性空間的加速度在載體坐標系下的投影，即為重力加速度在載體坐標系各軸的分量；