正六面体磁梯度张量系统误差直接校正方法技术方案

本发明专利技术属于磁测量技术领域，具体涉及正六面体磁梯度张量系统误差直接校正方法。技术方案包括以下步骤：S1，将正六面体磁梯度张量系统放置在匀强磁场中，旋转系统并记录各个磁通门磁力仪的输出值；S2，选定系统中某个磁力仪作为参考磁力仪，利用线性化校正方法求出其单磁力仪系统误差校正参数；S3，根据系统中剩余的磁力仪与参考磁力仪的输出值之间的关系，将剩余磁力仪的输出值转换到参考磁力仪的输出值，然后利用参考磁力仪的单磁力仪误差系数进行校正；S4，利用得到误差校正参数即可对正六面体磁梯度张量系统进行误差校正。本发明专利技术可实现对正六面体磁梯度张量系统误差的直接校正，校正流程简单，且校正参数减少，校正效率提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由磁通门传感器组成的正六面体磁梯度张量系统，特别涉及一种正六 面体磁梯度张量系统的系统误差直接校正方法。
技术介绍
磁梯度张量系统是一种重要的磁性目标探测系统。磁梯度张量系统通常由三个或 者多个磁通门磁力仪组成，通过磁力仪的测量值求差分来得到目标的梯度值，由于地磁场 的梯度通常小于〇.〇2nT/m，因此磁梯度张量系统可以有效的克服地磁场的干扰。单个磁通 门传感器存在非正交误差、三轴灵敏度偏差、零点漂移误差等，磁力仪之间存在安装指向误 差，这些误差会影响磁梯度张量的测量，将会导致目标定位误差的增加。 针对磁梯度张量系统的系统误差问题，目前国内外学者开展了大量的研究。吉林 大学的刘丽敏利用磁梯度张量的九个分量对应关系设计算法对十字型测量系统误差进行 校正，但是该方法假设传感器z轴不存在安装误差(刘丽敏.磁通门张量的结构设计、误差分 析及水下目标探测.长春:吉林大学，2012)。国防科技大学的陈谨飞首先利用最小二乘 法对单磁力仪进行校正，接着利用求解非线性方程组的方法对磁力仪间的安装指向误差进 行校正（陈谨飞.基于梯度张量的磁异常目标定位方法研究.长沙：国防科学技术大学， 2012)。军械工程学院的张光首先利用线性误差模型对单磁力仪误差进行校正，接着利用线 性模型对十字型测量系统的安装指向误差进行校正(张光，张英堂，尹刚，等.基于线性误差 模型的磁张量系统校正方法.吉林大学学报(工学版），2013,43(10): 2683-2690)。军械 工程学院的尹刚通过两个非线性变换得到单磁力仪误差校正的线性模型，接着对十字型测 量系统的安装指向误差进行校正（Yin G, Zhang Y T，Fan Η B et al. .Linear calibration method of magnetic gradient tensor system.Measurment,2014,18 (8): 8-18)。新加坡DSO国际实验室的Y. H. Pei提出了正四面体磁梯度张量系统的误差补偿 方法，具体做法是将一个磁力仪设为参考磁力仪，对剩余的三个磁力仪进行单磁力仪及安 装指向误差校正，最后采用校正后的三个磁力仪进行磁梯度张量的计算（Y.H.PEI， H.G.ΥΕ0.UX0 Survey using vector magnetic gradiometer on autonomous underwater vehicle.MTS/IEEE Oceans 2009，Biloxi,2009:1-8)。海军航空工程学院的于振涛针对 正四面体测量系统加入了磁梯度张量本身的约束，提出系统误差的补偿方法(于振涛，吕俊 伟，郭宁，等.四面体磁梯度张量系统的误差补偿.光学精密工程，2014,22(10) :2683-2690) 〇 目前采用的磁梯度张量系统误差的校正方法是:将磁梯度张量系统放置于匀强磁 场的环境中，通过旋转磁梯度张量系统得到不同姿态的测量值，然后通过测量值得到每个 磁通门传感器的单磁力仪误差校正参数，得到单磁力仪误差校正参数后，首先对单磁力仪 进行误差校正，然后利用校正后的值对磁通门传感器之间的安装指向误差进行计算，得到 安装指向误差参数。 目前采用的磁梯度张量系统的校正方法存在校正系数较多、校正过程复杂等问 题。以正六面体磁梯度张量系统为例，系统由8个磁通门磁力仪磁力仪组成，系统误差中需 要校正的参数有135个(8个单磁力仪误差参数8X9个，7个磁力仪的安装指向误差参数7X9 个)。
技术实现思路
针对目前采用的磁梯度张量系统误差的校正方法存在的问题，本专利技术所要解决的 技术问题是提供一种正六面体磁梯度张量系统的系统误差直接校正方法，本专利技术中的直接 校正方法首先设定一个参考磁力仪，通过在匀强磁场中旋转得到参考磁力仪的单磁力仪误 差校正参数，然后通过计算参考磁力仪与系统中剩余磁力仪的实际输出值之间的关系，将 剩余磁力仪的输出值转换成参考磁力仪的输出值，利用参考磁力仪的单磁力仪误差参数进 行误差校正，实现对剩余磁力仪的安装指向误差和单磁力仪误差的校正，从而完成正六面 体磁梯度张量系统的校正。本专利技术所述的方法能够减少目前采用的校正方法的校正参数， 提高校正效率，提高校正的精度。 本专利技术是通过以下技术方案实现的： 采用在匀强磁场中旋转求取误差参数，由于匀强磁场中真实磁场值的模为常数， 因此可以利用单磁力仪误差数学模型求取误差参数。根据单磁力仪误差公式如下： 其中，Bm为磁力仪的测量值，为磁场的实际值，kx、ky、kz为磁力仪三个测量轴的灵 敏度系数，（〇 x，〇y，〇z)T为磁力仪的零点漂移误差，Αθ、φ为磁力仪三个轴的非正交误差角。 根据(1)式，化简可得真实的磁场值与测量值之间的关系：(2) V.^2 ) ^，其中Ε为3X3单位矩阵，则的非 零元素都为小量。 贝lj(2)式可以写成： Br=(E+C7 )(Bm-0) (3) =Bm+C/Bm-(E+C / )0 令(/=^+00,则上式可以写为： Br = Bm+C/Bm-〇/ (4) 对上式左右两侧取平方和，舍去二阶小量之后整理得到：上式呈线性形式，可以利用磁力仪的多姿态测量值求取广义逆的形式求取单磁力 仪误差校正参数。本专利技术设定1号磁力仪为参考磁力仪，设磁力仪的测量值，经过单磁力仪系统 误差修正后的量为V，经过所有的误差项修正之后的测量值为K，对于1号磁力仪有= BF，则1号参考磁力仪的单磁力仪误差公式如下：(7J \ / \ ^ / \ 1:z. P / 简写为珥=:為(尽9< -0)，同时对于2~8号磁力仪有：(8)以1号磁力仪为参考磁力仪校正2~8号磁力仪的安装指向误差，则四个磁力仪经 过单磁力仪系统误差校正之后的量有如下关系式：(:9.) 由上式可得，i号磁力仪的安装指向误差参数共有9个参数。（9)式可以简写为： ^(10) 将(7)、（8)式带入(10)式可得：(11) 将上式化简得：(12)式中Xi为3X3矩阵，Ci为3 XI矩阵，则该方程中一共包含12个未知数。则根据（12) 式，可通过正六面体磁梯度张量系统在匀强磁场中旋转得到不同的测量值来求取参数。 本专利技术所提供的系统误差直接校正方法，不局限于对正六面体磁梯度张量进行系 统误差校正，也可以用于其他的由磁通门磁力仪组成的磁梯度张量系统。采用本专利技术获得的有益的效果:应用本专利技术的校正方法，可以实现对正六面体磁 梯度张量系统的系统误差的直接校正，本专利技术中直接校正方法需要校正参数93个(参考磁 力仪单磁力仪误差参数9个，剩余磁力仪与参考磁力仪之间的转换系数7X12个），相对于原 始通用校正方法，可以减少校正参数42个，本专利技术中的直接校正方法校正参数减少，校正流 程简单，校正效率提高。【附图说明】图1是本专利技术的流程不意图。 图2是正六面体磁梯度张量系统结构图。 图3是本专利技术的系统误差直接校正效果图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步说明，为了更好理解本专利技术的技 术方案，现将其原理当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正六面体磁梯度张量系统的直接校正方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，将正六面体磁梯度张量系统放置于三轴无磁旋转平台上，在匀强磁场中旋转系统，记录各个磁通门传感器的输出值；步骤S2，选定系统中某个磁通门磁力仪作为参考磁力仪，利用线性化校正方法求出参考磁力仪的单磁力仪系统误差校正参数；步骤S3，根据系统中剩余的磁通门磁力仪与参考磁力仪的输出值之间的对应关系，首先将剩余磁力仪的输出值转化成参考磁力仪输出值，然后利用参考磁力仪的单磁力仪误差校正方法，从而实现对剩余磁力仪的安装误差及单磁力仪误差的校正；步骤S4，利用得到的参考磁力仪误差校正参数及剩余磁通门磁力仪与参考磁力仪的输出值之间的对应关系即可实现正六面体磁梯度张量系统的误差校正。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕俊伟，迟铖，任建存，于振涛，石晓航，娄树理，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空工程学院，
类型：发明
国别省市：山东;37