基于轨迹约束的地磁场矢量测量误差修正方法技术

提供一种基于轨迹约束的地磁场矢量测量误差修正方法，首先建立磁传感器综合误差模型，为了描述磁传感器的误差，综合考虑磁传感器本身误差以及外部环境干扰产生的误差，磁传感器灵敏度误差、零点漂移引起的误差、正交误差以及磁传感器在载体上的安装误差；然后掌握地磁场矢量测量椭球理论，载体在地磁场变化较小的区域内运动时，地磁场矢量hb的模值是定值，椭球理论表明磁传感器测量值被限制在一个椭球轨迹上，利用这种特性，可以估计磁传感器的误差系数；采用参数估计方法，用最小均方估计作为判断准则，基于矩阵的极分解理论，获取误差系数；最后掌握地磁场矢量测量误差修正，根据磁传感器综合误差模型和估计的误差系数，准确的获取地磁场矢量值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】提供一种，首先建立磁传感器综合误差模型，为了描述磁传感器的误差，综合考虑磁传感器本身误差以及外部环境干扰产生的误差，磁传感器灵敏度误差、零点漂移引起的误差、正交误差以及磁传感器在载体上的安装误差；然后掌握地磁场矢量测量椭球理论，载体在地磁场变化较小的区域内运动时，地磁场矢量hb的模值是定值，椭球理论表明磁传感器测量值被限制在一个椭球轨迹上，利用这种特性，可以估计磁传感器的误差系数；采用参数估计方法，用最小均方估计作为判断准则，基于矩阵的极分解理论，获取误差系数；最后掌握地磁场矢量测量误差修正，根据磁传感器综合误差模型和估计的误差系数，准确的获取地磁场矢量值。【专利说明】
本专利技术属地磁矢量测量
，具体涉及一种基于轨迹约束的地磁场矢量测量 误差修正方法。
技术介绍
地磁场是一个矢量场，具有全天时、全天候和全地域存在的特点。在地球近地空间 内任意一点的地磁矢量具有唯一性，且理论上与该点的经纬度一一对应。通过对地磁矢量 的测量和数据处理，建立相应的磁场模型，分析磁场的时空分布特征，可以使地磁矢量信息 广泛应用到众多科学领域当中。例如在地磁导航领域，只要准确确定各点的地磁矢量信息 即可实现全球定位。地磁导航有着显著的优点：一是可与惯性导航系统组合使用，校正惯性 导航系统的积累误差；二是属于自主式无源导航，具有良好的隐蔽性和抗干扰性；三是可 弥补地形匹配等导航方式在跨平原、水域时存在的缺陷。在地震监测领域，通过检测地磁矢 量信息变化情况，可以实现对地震的短期预报。同时地磁矢量信息的测量对于板块构造和 地震活动性的分析过程有着极其重要的参考价值。在资源勘探领域，通过对地磁矢量信息 的测量，根据磁场变化的情况寻找与对应矿物质相关的磁异常，进而确定矿物质的分布区 域。以上种种应用表明，在与地磁场矢量信息有关的众多学科领域中，地磁矢量信息的准确 获取至关重要。要准确获取地磁场的矢量信息，一方面要提高测量所用传感器的精度，另一 方面是要克服来源于载体自身的磁场干扰。目前，磁场测量仪器精度较高，基本能满足地磁 测量的要求。在地磁测量领域的研究中，普遍将正交三轴磁传感器作为基本磁测元件。这 是因为理想情况下，三轴磁传感器可在载体处于任何姿态下方便的测得磁场的总强度。然 而，实际应用中，由于传感器本身制造误差和安装误差以及环境等因素的影响，这些都将对 磁场的精确测量产生一定的负面影响，甚至造成很大的误差。这就需要对磁传感器的测量 误差进行分析，建立误差模型，通过误差修正的方法，尽可能克服由传感器本身制造和安装 而产生的测量误差。另外由于载体主要由铁磁物质组成，安装在载体上的传感器所测量的 磁场除了地磁场以外,还有载体硬磁材料产生的固有磁场、软磁材料被地磁场磁化后产生 的感应磁场以及载体内机电设备产生的电流磁场，这些干扰磁场会对磁场测量造成直接且 持久的负面影响，因此必须采取有效措施来降低磁传感器的测量误差。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题：提供一种基于轨迹约束的地磁场矢量测量误差修正方 法，首先在磁传感器综合误差模型的基础上，由磁传感器的测量数据，根据椭球轨迹的约 束，采用最小均方估计作为判断准则，估计12个误差参数，然后利用此误差参数获得准确 的地磁矢量信息。 本专利技术采用的技术方案：，包含下 述步骤： 1)建立磁传感器综合误差模型：为了描述磁传感器的误差，综合考虑磁传感器本 身误差以及外部环境干扰产生的误差，磁传感器灵敏度误差、零点漂移引起的误差、正交误 差以及磁传感器在载体上的安装误差； 2)地磁场矢量测量椭球理论：载体在地磁场变化较小的区域内运动时，地磁场矢 量hb的模值是定值，椭球理论表明磁传感器测量值被限制在一个椭球轨迹上，利用这种特 性，可以估计磁传感器的误差系数； 3)参数估计方法：采用最小均方估计作为判断准则，基于矩阵的极分解理论，获 取误差系数； 4)地磁场矢量测量误差修正：根据磁传感器综合误差模型和估计的误差系数，准 确的获取地磁场矢量值。 本专利技术与现有技术相比的优点： 1、对地磁传感器自身原因引起的误差以及软硬磁干扰误差综合建模，减少了误差 参数，提高了测量误差修正速度； 2、传统修正方法受各种条件的限制，有的只能修正硬磁干扰，有的只能修正软磁 干扰，很多方法只能在平面内对二维磁传感器进行修正。本方案利用少量的磁传感器测量 数据即可得到误差参数，然后将各类误差统一进行修正，避免了复杂的非线性参数估计和 相应的迭代运算，大大降低了地磁场矢量测量误差修正过程中的运算量； 3、在误差参数求解上，依据地磁场矢量测量的椭球理论，采用最小均方估计准则， 估计误差参数，取代传统的非线性方程组求解，提高了抗干扰性和数据利用率； 4、实现对空间某一点的地磁矢量信息进行快速和准确测量，得到相对精确的测量 结果； 5、本方案测量所得到的地磁矢量信息可以应用到地磁导航、地震监测以及资源勘 探等众多领域中，为这些领域中的相关理论或者技术提供相对精确的地磁矢量信息。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术仿真中地磁场总强度的测量值轨迹图； 图2为本专利技术在表1的安装参数条件下，磁传感器X轴的真实值、测量值和修正后 值的比较图； 图3为本专利技术在表1的安装参数条件下，磁传感器Y轴的真实值、测量值和修正后 值的比较图； 图4为本专利技术在表1的安装参数条件下，磁传感器Z轴的真实值、测量值和修正后 值的比较图。 【具体实施方式】 下面结合附图1、2、3、4描述本专利技术的实施例。 第一步，建立磁传感器综合误差模型：地磁场矢量的真实值在载体坐标系中的投 影，记为hb，其中上标b表示在载体坐标系，磁传感器相应的测量值，记为 <。由于磁传感器 本身的误差和外界环境干扰产生的误差，使得M 。 为了描述磁传感器的误差，综合磁传感器本身误差以及外部环境干扰产生的误 差，地磁场的真实值hb与磁传感器的测量值 < 之间的映射可用下列矩阵方程表 示： hbm = Chb +b + n (工） 其中，矩阵C是三个独立矩阵的乘积，由下式给出： η-η η η 【权利要求】1.，其特征在于包含下述步骤： 1) 建立磁传感器综合误差模型：为了描述磁传感器的误差，综合考虑磁传感器本身误 差以及外部环境干扰产生的误差，磁传感器灵敏度误差、零点漂移引起的误差、正交误差以 及磁传感器在载体上的安装误差； 2) 地磁场矢量测量椭球理论：载体在地磁场变化较小的区域内运动时，地磁场矢量hb 的模值是定值，椭球理论表明磁传感器测量值被限制在一个椭球轨迹上，利用这种特性，可 以估计磁传感器的误差系数； 3) 参数估计方法：采用最小均方估计作为判断准则，基于矩阵的极分解理论，获取误 差系数； 4) 地磁场矢量测量误差修正：根据磁传感器综合误差模型和估计的误差系数，准确的 获取地磁场矢量值。【文档编号】G01V3/40GK104237958SQ201410512448【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日 【专利技术者】刘玉霞, 李拉成, 张鹏, 范竹荣 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于轨迹约束的地磁场矢量测量误差修正方法，其特征在于包含下述步骤：1)建立磁传感器综合误差模型：为了描述磁传感器的误差，综合考虑磁传感器本身误差以及外部环境干扰产生的误差，磁传感器灵敏度误差、零点漂移引起的误差、正交误差以及磁传感器在载体上的安装误差；2)地磁场矢量测量椭球理论：载体在地磁场变化较小的区域内运动时，地磁场矢量hb的模值是定值，椭球理论表明磁传感器测量值被限制在一个椭球轨迹上，利用这种特性，可以估计磁传感器的误差系数；3)参数估计方法：采用最小均方估计作为判断准则，基于矩阵的极分解理论，获取误差系数；4)地磁场矢量测量误差修正：根据磁传感器综合误差模型和估计的误差系数，准确的获取地磁场矢量值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉霞，李拉成，张鹏，范竹荣，
申请(专利权)人：陕西宝成航空仪表有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61