磁场补偿方法，相关装置及计算机程序制造方法及图纸

本发明专利技术公开了磁场补偿方法，相关装置及计算机程序，其中一种运载工具内磁场的磁场补偿方法，包括由计算机执行的如下步骤：在每一测量时间点Ti(i＝1～N，N>1)，采集三维磁场的测量值Hmi以及角度值θi和

Compensation Method of Magnetic Field, Related Devices and Computer Program

The invention discloses a magnetic field compensation method, related devices and computer programs, in which a magnetic field compensation method for the magnetic field in a vehicle includes the following steps performed by a computer: collecting the measured value Hmi of three-dimensional magnetic field and angle value theta I and theta I at each measuring time point Ti (i=1-N, N>1).

【技术实现步骤摘要】
磁场补偿方法，相关装置及计算机程序
本专利技术涉及在根据运载工具上的磁场传感器的测量值确定该运载工具磁航向过程中对该磁场进行补偿的领域。
技术介绍
上述运载工具例如为航空器。所述运载工具上的磁场传感器的测量值通常因存在的磁扰动(所谓的软磁扰动与所谓的硬磁扰动)和/或运载工具的三维正交坐标系与磁场传感器的三维正交坐标系之间的对准问题而产生误差。因此，为了获得高质量的航向值，有必要对所测量的磁场值进行误差补偿操作，以确定出至少部分消除上述误差的已补偿的磁场值。上述补偿操作通常包括补偿校准过程，用于确定与上述所谓的软磁扰动和对准问题相对应的矩阵A以及与上述所谓的硬磁扰动相对应的矢量B。举例而言，已知文献EP0718598B1提出了一种磁力计补偿方案。具体而言，该专利技术涉及一种对由运载工具上的磁场传感器所测定的用于计算该运载工具磁航向的磁场进行补偿的方法，该方法包括由计算机执行的如下步骤：针对每一测量时间点Ti(i＝1～N，N>1)，采集所述磁场传感器的三维磁场值Hmi及角度值θi和其中，θi为所述运载工具的俯仰角度值，为所述运载工具的侧倾角度值；确定作为至少以所采集的磁场值Hmi及角度值θi和为变量的函数的矩阵A和矢量B，该矩阵A表示软磁扰动和所述运载工具与磁场传感器之间的失准扰动，所述矢量B表示硬磁扰动。然而，在高纬度(如大于60°或70°的纬度)下，上述补偿校准因信噪比降低而难以实现(事实上，在高纬度下，地磁场的两个水平分量的值远小于地磁场垂直分量的值)。这一问题一般通过在低纬度下进行补偿校准的方式进行规避。然而，这种做法并不总能奏效，对于必须设于高纬度机场的磁场传感器而言尤其如此。
技术实现思路
为此目的，根据第一方面，本专利技术提出一种上述类型的磁场补偿方法，其特征在于，确定所述矩阵A和矢量B包括：估算出使得下式取值最小的矩阵-矢量对(A，B)：其中，本专利技术可实现一种即使在高纬度下也能实现高质量补偿的补偿方案。在各实施方式中，本专利技术磁场补偿方法还包括以下的一项或多项特征：-对所述磁场值Hmi及角度值θi和进行低通滤波操作，该操作的截止频率高于所述运载工具的轨迹带宽，并且根据滤波处理后的值，实施估算上述矩阵-矢量对(A，B)的步骤；-通过上式的迭代梯度递减算法，进行上述估算出使得该式取值最小的矩阵-矢量对(A，B)的步骤；-根据补偿后的磁场确定所述运载工具的磁航向，该补偿后磁场至少取决于由所述磁场传感器测定的磁场以及以上确定的所述矩阵A和矢量B。根据第二方面，本专利技术提出一种对运载工具内所测量的磁场进行补偿的磁场补偿装置，该装置适于：在每一测量时间点Ti(i＝1～N，N>1)，采集所述所测量的三维磁场值Hmi及角度值θi和其中，θi为所述运载工具的俯仰角度值，为所述运载工具的侧倾角度值；确定矩阵A和矢量B，所述矩阵A和矢量B至少为关于所采集的磁场值Hmi及角度值θi和的函数，该矩阵A表示软磁扰动和所述运载工具与磁场传感器之间的失准扰动，所述矢量B表示硬磁扰动，该装置的特征在于，在确定所述矩阵A和矢量B的过程中，其适于估算出使得下式取值最小的矩阵-矢量对(A，B)：其中，根据第三方面，本专利技术提出一种计算机程序，该计算机程序包括软件指令，该软件指令在由计算机执行时，实施上述第一方面的方法。附图说明通过阅读以下描述，本专利技术的上述特征和优点将变得容易理解，该描述仅作为示例且参考附图，附图中：图1为本专利技术一种实施方式中的飞机航向确定系统的示意图；图2为本专利技术一种实施方式中的步骤流程图；图3和图4所示为对相同的初始数据进行不同补偿后的结果。具体实施方式图1为本专利技术一种实施方式中的飞机航向确定系统的示意图，在本申请涉及的情形中，该系统设于飞机(未图示)上。该航向确定系统1适于确定所述飞机的航向。其包括磁场传感器2，惯性单元3以及航向计算单元4。磁场传感器2适于以已知方式在坐标系Ra内测量当前地点磁场矢量H的值，并将在相继的测量时间点上测得的该磁场的值提供给航向计算单元4，该坐标系Ra与磁场传感器2相关联并且理论上与所述飞机的关联坐标系(即具有由贯穿该飞机头尾的纵向轴线Xa，垂直于X且指向右翼的轴线Ya以及垂直上述两轴线的轴线Za形成的三维正交坐标系)相同。在本申请涉及的情形中，磁场传感器2为磁力计。与已知方式相同，惯性单元3包括3个陀螺仪和3个加速度计，并且适于对所述飞机的运动(加速度和角速度)进行积分，并在基础坐标系R中估算其姿态(侧倾、俯仰及航向角)，线速度和位置，所述基础坐标系R包括指向地心(即提供当前地点的垂直方向)的轴线Z，指向北方的轴线X以及指向东方的轴线Y，轴线X和Y在当前地点上相互垂直，并均垂直于轴线Z。惯性单元3适于向航向计算单元4提供在所述相继的测量时间点上完成各次测量后所估算出的侧倾角度值、俯仰角度值及航向角度值。航向计算单元4适于对由磁力计2所测的磁场中的以下各项扰动进行补偿：软磁扰动，对应于未完全磁化的铁磁元件在外部磁场的影响下磁化时在磁力计2附近施加的影响；由飞机中的已磁化的铁磁材料引起的所谓的硬磁扰动；以及因安装误差产生的飞机坐标系与磁力计坐标系之间的对准问题。按照以下关系式，从所测量的磁场Hm中推导出在坐标系Ra中表示的经补偿后的所测量的磁场：Hc＝A(Hm-B)，其中，Hm＝H+n，H为存在于当前测量地点处的磁场(无噪)。由此可得：Hc＝A(H+n-B)，其中：-A为3×3矩阵，表示软磁矩阵，对应于上述软磁扰动，并同时囊括了上述对准问题；B为3×1矢量，表示与上述硬磁扰动相对应的硬磁矢量。该分量随磁力计2及飞机的旋转而旋转；-n表示对所测量的磁场建模时未涉及的其他当前地点的噪声。在描述本文实施方式中所实施的各步骤之前，首先给出一些预备性知识以及所涉及的前提假设。磁场补偿操作旨在消除对准、软磁及硬磁问题的影响，并根据所测量的磁场获得当前地点的经补偿后的磁场(与当前地点的磁场成比例的磁场，这是因为航向计算中仅使用各磁场分量之间的比值)，并根据该补偿后的磁场推导出飞机航向。采用如下前提假设计算所述补偿后的磁场：假设1：实际补偿后的磁场的范数为常数；假设2：在所述基础坐标系R中，补偿后的垂直磁场为常数。根据本专利技术，并且如以下将参考图2及本专利技术的一种具体实施方式所进一步详细描述的一样，采用估算为使得下式C1取值最小的矩阵A和矢量B，以确定所述当前地点的补偿后磁场，在式C1中，前一组因式反映了上述假设1，后一组因式反映了上述假设2：系统1具有免于实施上游补偿调和法的优点。其中，Hmi(i＝1～N，N>1)表示各测量时间点Ti上的在坐标系Ra中的磁场值，Vi为在基础坐标系R中的垂直轴线上的投影矢量，即其中，θi表示各测量时间点Ti上的飞机的俯仰角度值，表示各测量时间点Ti上的飞机的侧倾角度值。在下述实施方式中，使用迭代方法估算C1的最小值。航向计算单元4包括预处理子单元4.1和处理子单元4.2，此两子单元适于实施以下参考图2所示的航向计算方法100的各个步骤。方法100包括：第一预处理子过程101，该子过程包括步骤102～105；以及其后的补偿处理步骤106和航向计算步骤107。航向计算单元4适于采集磁力计2所提供的与上述各相继测量时间点相关联的磁场值以及惯性单元3所提供的与上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对由运载工具上的磁场传感器(2)所测定的运载工具上的磁场进行补偿以用于计算所述运载工具的磁航向的磁场补偿方法(100)，所述磁场补偿方法包括由计算机执行的如下步骤：在每一测量时间点Ti(i＝1～N，N>1)，采集来自所述磁场传感器(2)的三维磁场值Hmi及角度值θi和

【技术特征摘要】
2017.09.08 FR 17009031.一种对由运载工具上的磁场传感器(2)所测定的运载工具上的磁场进行补偿以用于计算所述运载工具的磁航向的磁场补偿方法(100)，所述磁场补偿方法包括由计算机执行的如下步骤：在每一测量时间点Ti(i＝1～N，N>1)，采集来自所述磁场传感器(2)的三维磁场值Hmi及角度值θi和其中，θi为所述运载工具的俯仰角度值，为所述运载工具的侧倾角度值；确定矩阵A和矢量B，所述矩阵A和矢量B为至少关于所采集的磁场值Hmi及所述角度值θi和的函数，所述矩阵A表示软磁扰动以及所述运载工具与所述磁场传感器之间的失准扰动，所述矢量B表示硬磁扰动，其特征在于：所述矩阵A和所述矢量B的确定包括估算(105)出使以下表达式取值最小的矩阵-矢量对(A，B)的步骤：其中，2.根据权利要求1所述的磁场补偿方法(100)，其特征在于，对所述磁场值Hmi及所述角度值θi和进行低通滤波操作(103)，所述操作的截止频率高于所述运载工具的轨迹带宽，且根据经所述滤波操作处理后的值，实施估算所述矩阵-矢量对(A，B)的步骤。3.根据权利要求1或2所述的磁场补偿方法(100)，其特征在于，通过所述表达式的迭代梯度递减算法来实施用于估算(105)使所述表达式取值最小的所述矩阵-矢量对(A，B)的所述步骤。4.根据前述权利要求当中任一项所述的磁场补偿方法(100)，其特征在于，根据补偿后的磁场确定所述运载工具的磁航向，所述补偿后的磁场至少取决于由所述磁场传感器(2)所测定的磁场以及先前...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·让马克·弗雷德里克·韦西耶，
申请(专利权)人：泰雷兹公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR