一种野外三轴磁传感器单轴测量精度测试方法技术

本发明专利技术属于一种野外三轴磁传感器单轴测量精度测试方法，包括将标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器固定在三轴无磁转台上，通过无磁转台两次旋转获得的数据可以求出标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器之间的坐标转换矩阵，沿着任意轴向旋转无磁转台获得完整的数据集，将标准三轴磁传感器采集的数据经过坐标转换后与待测试三轴磁传感器采集的数据进行对比便可得到待测试三轴磁传感器的单轴测量精度。本发明专利技术提供的方法适用于野外背景地磁场存在的情况下，无需电磁屏蔽室和电磁屏蔽筒这样的实验环境，降低了实验难度。相对于传统方法无需亥姆霍兹线圈设备，也无需保证待测试传感器与基准传感器的绝对对准。

【技术实现步骤摘要】
一种野外三轴磁传感器单轴测量精度测试方法
本专利技术属于三轴磁传感器领域，尤其是指一种野外三轴磁传感器单轴测量精度测试方法。
技术介绍
三轴磁传感器因为能够同时测量相互正交的三个方向的磁场，提供更丰富的磁场信息而成为总场测量传感器之后更为广泛应用的磁测传感器。三轴磁传感器在使用前需要对三个轴向的单轴测量精度进行性能测试从而获取性能指标。现有的性能参数测试方法是在电磁屏蔽室或者电磁屏蔽筒内，向亥姆霍兹线圈内注入电流从而产生预期的磁场，通过对比三轴磁传感器的单轴输出与亥姆霍兹线圈产生磁场的情况，从而获得三轴磁传感器的单轴测量精度性能参数。但是这种方法必须满足两个前提，第一是必须提供绝对零磁场的环境，受限于电磁屏蔽室和电磁屏蔽筒这样的实验条件；第二是在测试过程中必须保证亥姆霍兹线圈的轴线与三轴磁传感器的测量轴绝对对准，否则会导致测量结果的不准确，增加了实验难度。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足，尤其是现有技术受限于电磁屏蔽室和电磁屏蔽筒这样的实验环境以及难以保证亥姆霍兹线圈的轴线与三轴磁传感器的轴向的绝对对准，提供一种适用于野外的三轴磁传感器单轴测量精度性能参数测试方法。本专利技术是这样实现的，将标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器固定在三轴无磁转台上，通过无磁转台两次旋转获得的数据可以求出标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器之间的坐标转换矩阵，沿着任意轴向旋转无磁转台获得完整的数据集，将标准三轴磁传感器采集的数据经过坐标转换后与待测试的三轴磁传感器采集的数据进行对比便可得到待测试的三轴磁传感器的单轴测量精度。本专利技术是通过以下步骤实现的：一种野外三轴磁传感器单轴测量精度测试方法，该方法包括：步骤1，将标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器固定在三轴无磁转台上；步骤2，将三轴无磁转台分别以自身的坐标系的y轴和z轴进行旋转获得标准三轴磁传感器输出数据和待测试的三轴磁传感器的输出数据；步骤3，根据两次旋转获得的输出数据求出标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器之间的坐标转换矩阵R3；步骤4，沿着任意轴向旋转无磁转台获得数据集，将标准三轴磁传感器采集的数据经过采用坐标转换矩阵R3坐标转换后与待测试的三轴磁传感器采集的数据进行对比得到待测试的三轴磁传感器的单轴测量精度。进一步地，步骤1具体包括：将高精度的标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器固定在三轴无磁转台上，将三轴无磁转台坐标系o-xyz和标准三轴磁传感器o1-x1y1z1以及待测试的三轴磁传感器坐标系o2-x2y2z2之间粗对准。进一步地，步骤2具体包括：B21.沿着三轴无磁转台的y轴旋转三轴无磁转台，同步采集标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器的输出，得到第1数据集，其中标准三轴磁传感器的输出为待测试的三轴磁传感器的输出为其中和分别是标准三轴磁传感器输出值HStandard在x1、y1和z1轴上的分量；和分别是待测试的三轴磁传感器输出值Htest在x2、y2和z2轴上的分量。B22.沿着三轴无磁转台的z轴旋转三轴无磁转台，同步采集标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器的输出，得到第2数据集，其中标准三轴磁传感器的输出为待测试的三轴磁传感器的输出为其中和分别是标准三轴磁传感器输出值HStandard在x1、y1和z1轴上的分量；和分别是待测试的三轴磁传感器输出值Htest在x2、y2和z2轴上的分量。进一步地，步骤3具体包括：B31.设n代表第1数据集的样本点数量，i和j代表数据集1中的样本点编号，m代表第2数据集的样本点数量，k和l代表第2数据集中的样本点编号；B32.标准三轴磁传感器坐标系o1-x1y1z1到三轴无磁转台坐标系o-xyz的坐标转换矩阵为R1，则坐标转换关系式如下：其中和分别是标准三轴磁传感器输出值HStandard在x1、y1和z1轴上的分量，和分别是经过坐标转换到三轴无磁转台坐标系o-xyz后在x、y和z轴上的分量；当标准三轴磁传感器坐标系o1-x1y1z1经过坐标转换到三轴无磁转台坐标系o-xyz后，沿着三轴无磁转台y轴旋转转台时标准三轴磁传感器y轴测量值为恒定值，沿着三轴无磁转台z轴旋转转台时标准三轴磁传感器z轴测量值为恒定值，建立如下的目标函数：其中和分别代表标准三轴磁传感器第1数据集第i个和第j个样本点的值经过坐标转换到三轴无磁转台坐标系o-xyz后在y轴上的分量，和分别代表标准三轴磁传感器第2数据集第k个和第l个样本点的值经过坐标转换到三轴无磁转台坐标系o-xyz后在z轴上的分量；B33.利用最小二乘法求出上述目标函数的解，得到标准三轴磁传感器坐标系o1-x1y1z1到三轴无磁转台坐标系o-xyz的坐标转换矩阵R1的解；B34.待测试的三轴磁传感器坐标系o2-x2y2z2到三轴无磁转台坐标系o-xyz的坐标转换矩阵为R2，则坐标转换关系式如下：其中和分别是待测试三轴磁传感器输出值Htest在x2、y2和z2轴上的分量，和分别是经过坐标转换到三轴无磁转台坐标系o-xyz后在x、y和z轴上的分量；当待测试的三轴磁传感器坐标系o2-x2y2z2经过坐标转换到三轴无磁转台坐标系o-xyz后，沿着三轴无磁转台y轴旋转转台时待测试三轴传感器y轴测量值为恒定值，沿着三轴无磁转台z轴旋转转台时待测试的三轴磁传感器z轴测量值为恒定值，建立如下的目标函数：其中和分别代表待测试三轴磁传感器第1数据集第i个和第j个样本点的值经过坐标转换到三轴无磁转台坐标系o-xyz后在y轴上的分量，和分别代表待测试三轴磁传感器第2数据集第k个和第l个样本点的值经过坐标转换到三轴无磁转台坐标系o-xyz后在z轴上的分量。B35.利用最小二乘法求出上述目标函数的解，得到待测试的三轴磁传感器坐标系o2-x2y2z2到三轴无磁转台坐标系o-xyz的坐标转换矩阵R2的解；B36.通过R1和R2根据下面的公式求出标准三轴磁传感器坐标系o1-x1y1z1到待测试的三轴磁传感器坐标系o2-x2y2z2的坐标转换矩阵R3；R3＝R1·R2-1。进一步地，步骤4具体包括：在背景地磁场下沿着任意轴向旋转三轴无磁转台，同步采集标准三轴磁传感器的输出Hstandard＝[HsxHsyHsz]和待测试的三轴磁传感器的输出Htest＝[HtxHtyHtz]，根据下面公式计算待测试的三轴磁传感器三个轴向的单轴测量误差，从而得到待测试三轴传感器三个轴向的单轴测量精度性能参数：其中Hsx、Hsy和Hsz分别代表标准三轴磁传感器的测量值在x1、y1和z1轴上的分量，Htx、Hty和Htz分别代表待测试三轴传感器的测量值在x2、y2和z2轴上的分量，设待测试的三轴磁传感器的测量误差为Herror＝[HexHeyHez]，其中Hex、Hey和Hez分别代表待测试的三轴传感器在x2、y2和z2三个轴向上的测量误差。有益效果：1)本专利技术方法适用于野本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种野外三轴磁传感器单轴测量精度测试方法，其特征在于，该方法包括：/n步骤1，将标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器固定在三轴无磁转台上；/n步骤2，将三轴无磁转台分别以自身的坐标系的y轴和z轴进行旋转获得标准三轴磁传感器输出数据和待测试的三轴磁传感器的输出数据；/n步骤3，根据两次旋转获得的输出数据求出标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器之间的坐标转换矩阵R

【技术特征摘要】
1.一种野外三轴磁传感器单轴测量精度测试方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1，将标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器固定在三轴无磁转台上；
步骤2，将三轴无磁转台分别以自身的坐标系的y轴和z轴进行旋转获得标准三轴磁传感器输出数据和待测试的三轴磁传感器的输出数据；
步骤3，根据两次旋转获得的输出数据求出标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器之间的坐标转换矩阵R3；
步骤4，沿着任意轴向旋转无磁转台获得数据集，将标准三轴磁传感器采集的数据经过采用坐标转换矩阵R3坐标转换后与待测试的三轴磁传感器采集的数据进行对比得到待测试的三轴磁传感器的单轴测量精度。


2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1具体包括：将高精度的标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器固定在三轴无磁转台上，将三轴无磁转台坐标系o-xyz和标准三轴磁传感器o1-x1y1z1以及待测试的三轴磁传感器坐标系o2-x2y2z2之间粗对准。


3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2具体包括：
B21.沿着三轴无磁转台的y轴旋转三轴无磁转台，同步采集标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器的输出，得到第1数据集，其中标准三轴磁传感器的输出为待测试的三轴磁传感器的输出为其中和分别是标准三轴磁传感器输出值HStandard在x1、y1和z1轴上的分量；和分别是待测试的三轴磁传感器输出值Htest在x2、y2和z2轴上的分量；
B22.沿着三轴无磁转台的z轴旋转三轴无磁转台，同步采集标准三轴磁传感器和待测试的三轴磁传感器的输出，得到第2数据集，其中标准三轴磁传感器的输出为待测试的三轴磁传感器的输出为其中和分别是标准三轴磁传感器输出值HStandard在x1、y1和z1轴上的分量；和分别是待测试的三轴磁传感器输出值Htest在x2、y2和z2轴上的分量。


4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3具体包括：
B31.设n代表第1数据集的样本点数量，i和j代表数据集1中的样本点编号，m代表第2数据集的样本点数量，k和l代表第2数据集中的样本点编号；
B32.标准三轴磁传感器坐标系o1-x1y1z1到三轴无磁转台坐标系o-xyz的坐标转换矩阵为R1，则坐标转换关系式如下：



其中和分别是标准三轴磁传感器输出值HStandard在x1、y1和z1轴上的分量，和分别是经过坐标转换到三轴无磁转台坐标系o-xyz后在x、y和z轴上的分量；
当标准三轴磁传感器坐标系o1-x1y1z1经过坐标转换到三轴无磁转台坐标系o-xyz后，沿着三轴无磁转台y轴旋转转台时标准三轴磁传感器y轴测量值为恒定值，沿着三轴无磁转台z轴旋转转台时标准三轴磁传感器z轴测量值为恒...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵静，岳良广，刘俊杰，王铭超，王一，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22