航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定装置及方法，用于标定航空超导全张量磁梯度测量系统的全张量测量子系统中的组合惯导与全张量磁梯度测量组件之间的安装误差，其中，所述标定装置包括亥姆赫兹线圈、设置在所述亥姆赫兹线圈的磁梯度均匀区以承载所述全张量测量子系统的无磁三轴转台、以及设置在所述亥姆赫兹线圈的基座上的测向装置。本发明专利技术可以在实现航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定的同时，很方便地通过间接测量的方式获得直接测量无法获得的标定精度，从而有效地保障了航空超导全张量磁梯度测量系统的系统测量精度。此外，按本发明专利技术构建的标定实现简单、操作简便，非常适合在超导航磁测量领域中应用。

【技术实现步骤摘要】
航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定方法及装置
本专利技术涉及一种航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定方法及装置，尤其是一种航空超导全张量磁梯度测量系统的组合惯导与其全张量磁梯度测量组件安装误差的标定方法及装置，属于超导应用领域。
技术介绍
航空超导全张量磁梯度测量系统是通过在航空平台上搭载磁测设备，利用飞行过程中获取的由磁性矿产资源引起的地磁异常信息，从而实现对地下磁性矿体高效率、高精度的三维定位，并获取它们的空间分布信息。它具有探测效率高，单位面积运行成本低等特点，是进行资源普查和筛选找矿靶区的重要手段之一。由超导量子干涉仪(SQUID：SuperconductingQUantumInterferenceDevice)组成的超导磁传感器是目前已知灵敏度最高的磁传感器，能够测量非常微弱的磁信号，而由SQUID作为核心器件组成的航空超导磁测量系统，尤其是国内近年才发展的航空超导全张量磁梯度测量系统，相对于传统的总场和分量场航磁测量技术，具有明显的优势和跨时代的意义，是目前航空磁物探技术的重要发展方向和国际研究前沿。航空超导全张量磁梯度测量系统主要由飞行平台、悬吊与吊舱子系统以及全张量测量子系统组成，其中全张量磁梯度测量组件与组合惯导属于全张量测量子系统，位于悬吊与吊舱子系统中的吊舱内；全张量测量子系统获取的全张量磁梯度信息共有5个独立分量，分别是Gxx、Gyy、Gxy、Gxz、Gyz。航空超导全张量磁梯度测量需要进行多传感器信息融合，其中在全张量磁梯度测量组件获取到运动状态下的全张量磁梯度后，进行信息融合最关键的一步就是进行姿态投影，以将测试数据从载体坐标系转换到地理坐标系。航空超导全张量磁梯度测量系统并非一体化成型，其组成部分的安装误差将直接影响测试数据的质量，其中全张量磁梯度测量组件的安装误差可以通过精密机械加工来保障的，从而系统的安装误差主要来源于全张量磁梯度测量组件与组合惯导之间的相对安装误差，它直接影响姿态投影的精确性，进而影响系统测量和反演的准确性。全张量磁梯度测量组件与组合惯导的安装误差主要体现为两者的航向角和姿态(包括俯仰角和横滚角)信息分别有一个固定的偏差。如果按照组合惯导输出的绝对量直接进行姿态投影，则这些固定的偏差在转换后的坐标系与地理坐标系中仍然存在，即输出并不能真实反映实际的被测对象。此外，全张量磁梯度测量组件与组合惯导的安装误差在每次安装时会存在一定的变动，因此按照组合惯导输出的绝对量直接进行姿态投影，还会带来测量结果的不一致，而且这个是最重要的影响因素。研制航空超导全张量磁梯度测量系统对国家矿产资源保障体系的建设和国民经济发展均具有十分重要的意义，但目前我国在航空超导全张量磁梯度测量系统研制方面，除本单位承担的由中央财政部主持的“航空超导全张量磁梯度测量系统”重大仪器专项项目外，尚未开展任何相关的研究，而国外亦未见相关的详细技术报道，从而与之配套的辅助装置几乎需要从零开始构建，尤其是影响最终测量结果的航空超导全张量磁梯度测量系统中设备安装误差的标定。吉林大学硕士学位论文《高温超导磁梯度张量仪数据通信与坐标变换技术》公布了一种高温超导磁梯度张量仪坐标变换技术，其中涉及到利用组合惯导来实现全张量磁梯度测量组件的坐标转换，但其没有考虑在精确测量中组合惯导和全张量磁梯度测量组件的安装误差会给测量结果的一致性带来不容忽视的影响。综上所述，在我国尚未见有关航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定方法及装置的公开报道，而其成功研制对具有战略意义的航空超导磁测量系统至关重要，从而引导出本申请的构思。
技术实现思路
为了解决航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差的标定问题，本专利技术提供一种基于逆向姿态投影的航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定方法及装置，以简便地通过试验数据后处理快速实现航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差的标定。本专利技术为解决其技术问题一方面提供一种航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定装置，用于标定航空超导全张量磁梯度测量系统的全张量测量子系统中的组合惯导与全张量磁梯度测量组件之间的安装误差，其中，所述标定装置包括亥姆赫兹线圈、设置在所述亥姆赫兹线圈的磁梯度均匀区以承载所述全张量测量子系统的无磁三轴转台、以及设置在所述亥姆赫兹线圈的基座上的测向装置。优选地，所述测向装置为双天线GPS测向装置或组合惯导测向装置。本专利技术另一方面提供一种航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定方法，该方法采用前述航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定装置来标定航空超导全张量磁梯度测量系统的俯仰角安装误差、横滚角安装误差和航向角安装误差。本专利技术进行标定所依据的原理如下：全张量磁梯度测量组件与组合惯导安装误差中的航向和姿态信息在姿态投影过程中的影响是不一样的，其中当姿态信息存在固定安装误差时，其在不同航向角时，投影后的结果和真值的误差是不一样的，而当航向信息存在安装误差时，其在不同航向角和姿态角时，投影后的结果和真值的误差则基本一致。进一步地，标定所述俯仰角安装误差的步骤如下：S11，将所述航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定装置置于环境磁梯度恒定的场地，使所述全张量测量子系统正常工作，并通过所述亥姆赫兹线圈产生恒定的全张量磁梯度；S12，通过所述无磁三轴转台调整所述全张量测量子系统至一第一测点，使其航向角为一设定值，测量其在第一测点的全张量磁梯度、俯仰角和横滚角；S13，通过所述无磁三轴转台调整所述全张量测量子系统至一第二测点，使其航向角为另一设定值；S14，测量所述全张量测量子系统在第二测点的全张量磁梯度、俯仰角和横滚角；S15，根据所述全张量测量子系统在所述第一测点和第二测点的全张量磁梯度、俯仰角、横滚角和航向角，以对应俯仰角的绝对值分别进行姿态投影；S16，计算所述全张量测量子系统在所述第一测点和第二测点对应的姿态投影后的全张量磁梯度的差值；S17，根据所述步骤S16得到的差值与理论仿真值在不同航向的匹配结果获得对应的俯仰角安装误差。进一步地，标定所述俯仰角安装误差的步骤还包括：S18，多次重复执行所述步骤S12-S17，所述步骤S12和S13中改变所述全张量测量子系统在第一测点和第二测点的航向角，从而求得多个俯仰角安装误差，求取所述多个俯仰角安装误差的平均值作为最终的俯仰角安装误差。进一步地，标定所述横滚角安装误差的步骤如下：S21，将所述航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定装置置于环境磁梯度恒定的场地，使所述全张量测量子系统正常工作，并通过所述亥姆赫兹线圈产生恒定的全张量磁梯度；S22，通过所述无磁三轴转台调整所述全张量测量子系统至一第一测点，使其航向角为一设定值，测量其在第一测点的全张量磁梯度、俯仰角和横滚角；S23，通过所述无磁三轴转台调整所述全张量测量子系统至一第二测点，使其航向角为另一设定值；S24，测量所述全张量测量子系统在第二测点的全张量磁梯度、俯仰角和横滚角；S25，根据所述全张量测量子系统在所述第一测点和第二测点的全张量磁梯度、俯仰角、横滚角和航向角，以横滚角的绝对值分别进行姿态投影；S26，计算所述全张量测量子系统在所述第一测点和第二测点对应的姿态投影后的全张量磁梯度的差值；S27，根据所述步骤S26得到的差值与理论仿真值在不同航向的匹配结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定装置，用于标定航空超导全张量磁梯度测量系统的全张量测量子系统中的组合惯导与全张量磁梯度测量组件之间的安装误差，其特征在于，所述标定装置包括亥姆赫兹线圈、设置在所述亥姆赫兹线圈的磁梯度均匀区以承载所述全张量测量子系统的无磁三轴转台、以及设置在所述亥姆赫兹线圈的基座上的测向装置。

【技术特征摘要】
1.一种航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定装置，用于标定航空超导全张量磁梯度测量系统的全张量测量子系统中的组合惯导与全张量磁梯度测量组件之间的安装误差，其特征在于，所述标定装置包括亥姆赫兹线圈、设置在所述亥姆赫兹线圈的磁梯度均匀区以承载所述全张量测量子系统的无磁三轴转台、以及设置在所述亥姆赫兹线圈的基座上的测向装置。2.根据权利要求1所述的航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定装置，其特征在于，所述测向装置为双天线GPS测向装置或组合惯导测向装置。3.一种航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定方法，其特征在于，该方法采用前述权利要求1或2所述的航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定装置来标定航空超导全张量磁梯度测量系统的俯仰角安装误差、横滚角安装误差和航向角安装误差。4.根据权利要求3所述的航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定方法，其特征在于，标定所述俯仰角安装误差的步骤如下：S11，将所述航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定装置置于环境磁梯度恒定的场地，使所述全张量测量子系统正常工作，并通过所述亥姆赫兹线圈产生恒定的全张量磁梯度；S12，通过所述无磁三轴转台调整所述全张量测量子系统至一第一测点，使其航向角为一设定值，测量其在第一测点的全张量磁梯度、俯仰角和横滚角；S13，通过所述无磁三轴转台调整所述全张量测量子系统至一第二测点，使其航向角为另一设定值；S14，测量所述全张量测量子系统在第二测点的全张量磁梯度、俯仰角和横滚角；S15，根据所述全张量测量子系统在所述第一测点和第二测点的全张量磁梯度、俯仰角、横滚角和航向角，以对应俯仰角的绝对值分别进行姿态投影；S16，计算所述全张量测量子系统在所述第一测点和第二测点对应的姿态投影后的全张量磁梯度的差值；S17，根据所述步骤S16得到的差值与理论仿真值在不同航向的匹配结果获得对应的俯仰角安装误差。5.根据权利要求4所述的航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定方法，其特征在于，标定所述俯仰角安装误差的步骤还包括：S18，多次重复执行所述步骤S12-S17，所述步骤S12和S13中改变所述全张量测量子系统在第一测点和第二测点的航向角，从而求得多个俯仰角安装误差，求取所述多个俯仰角安装误差的平均值作为最终的俯仰角安装误差。6.根据权利要求3所述的航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定方法，其特征在于，标定所述横滚角安装误差的步骤如下：S21，将所述航空超导全张量磁梯...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍俊，荣亮亮，邱隆清，蒋坤，裴易峰，谢晓明，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31