[發明專利]一種航空磁測信號確定方法及系統

在審

• 申請號: 202210065407.7
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114415084A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 李婷;張金生;馬嘯宇;廖守億;夏朝輝;任鵬鈺;劉冰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: G01R33/07
• 分類號: G01R33/07
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙興華

本發明涉及磁場信號測量技術領域，具體涉及一種航空磁測信號確定方法及系統，該方法包括：獲得三軸磁力計的綜合測量模型；三軸磁力計設置在飛行器上，綜合測量模型為三軸磁力計的誤差和磁場干擾場的綜合測量模型；基于成型濾波器和飛行器的最大角加速度，確定飛行器的實時角加速度；以實時角加速度為輸入量，以飛行器的橫滾角、俯仰角、偏航角、橫滾角速度、俯仰角速度和偏航角速度為狀態量，以三軸磁力計的實測磁場強度為輸出量，構建飛行器的實時地磁場估計模型；利用容積卡爾曼濾波求解實時地磁場估計模型，確定狀態量；根據狀態量確定地磁場強度和渦流磁場強度。本發明提高了地磁場強度和渦流磁場強度測量的準確性。

技術領域

本發明涉及磁場信號測量技術領域，特別是涉及一種航空磁測信號確定方法及系統。

背景技術

磁力計廣泛應用于地磁導航和制導以及磁目標檢測領域。最近，三軸磁力計被廣泛用于測量磁梯度張量。然而，異常場對測量過程的影響很大，應該在磁測量之前對其進行補償。異常磁場的標定包括畸變模型的構建和實時背景磁場的估計兩個步驟。

地磁異常場的構建并不是一個新問題。經典方法主要基于標量補償來實現。橢球擬合方法已廣泛應用于磁畸變場補償。這些方法實現了以地球磁場為基礎的校準調整，通常由光泵磁力計或高精度質子磁力計測量。在標量補償過程中只需要磁場的標量值。磁力計姿態的知識不是必需的，這導致在標量測量中存在一些不可觀察的部分。

矢量補償方法需要了解磁力計姿態和所有相關組件的干擾。龐等人提出了一種結合三軸磁力計、慣性系統(INS)和全球定位系統(GPS)的矢量補償方法。但是，這種方法僅在測量條件為靜態時有效。為了解決動態測量和補償問題，有研究人員考慮將Tolles-Lawson方程應用于飛機磁場補償，利用飛機姿態知識計算磁場強度補償結果。然而，測量參數的有效估計是難以實現的。

另外，在地磁導航領域，飛機高速移動時渦流磁場的影響也不容忽視。因此，在構建畸變模型時應考慮渦流磁場的影響。Pang考慮了一種磁補償模型，不僅包括磁力計誤差，還包括磁畸變，其中還包含渦流磁場。然而，僅計算異常場的模量來補償總場，導致實時磁強矢量信息的丟失。Li提出了一種基于Rauch-Tung-Striebel(R-T-S)固定區間平滑法和奇異值分解(SVD)的異常場補償方法，有助于提高動態環境下的磁測量精度。這些方法有助于在動態環境條件下構建更精確的畸變模型。然而，渦流磁場與磁場強度的導數是相關的，尤其是在隨機噪聲存在的情況下很難進行準確的計算。因此，在異常場模型中考慮渦流磁場時，很難得到真實的背景磁場。

發明內容

本發明的目的是提供一種航空磁測信號確定方法及系統，提高了地磁場強度和渦流磁場強度測量的準確性。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種航空磁測信號確定方法，包括：

獲得三軸磁力計的綜合測量模型；所述三軸磁力計設置在飛行器上，所述綜合測量模型為三軸磁力計的誤差和磁場干擾場的綜合測量模型；

基于成型濾波器和所述飛行器的最大角加速度，確定所述飛行器的實時角加速度；

以實時角加速度為輸入量，以所述飛行器的橫滾角、俯仰角、偏航角、橫滾角速度、俯仰角速度和偏航角速度為狀態量，以所述三軸磁力計的實測磁場強度為輸出量，構建所述飛行器的實時地磁場估計模型；

利用容積卡爾曼濾波求解所述實時地磁場估計模型，確定所述狀態量；

根據所述狀態量確定地磁場強度和渦流磁場強度。

可選地，所述成型濾波器表示為：