补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿方法及其装置制造方法及图纸

本申请公开一种补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿方法及其装置，方法包括：通过航空平台进行校准飞行，获得校准数据；建立航空平台机动磁干扰和地磁梯度磁干扰的拓展补偿模型；使用校准数据并结合拓展补偿模型，获得校准飞行补偿系数；在实际探测过程中，通过航空平台实时获得探测数据，并构建此时的拓展补偿模型；使用探测数据、拓展补偿模型及校准飞行补偿系数对模型补偿系数进行实时修正；使用实时探测数据、拓展补偿模型及修正后的模型补偿系数实时计算航空平台机动磁干扰场和地磁梯度磁干扰场；利用实时测量的标量磁场减去磁干扰场，得到补偿后的磁场。本申请能够在磁探测过程中对补偿系数进行实时修正，得到高精度的补偿结果。的补偿结果。的补偿结果。

【技术实现步骤摘要】
补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿方法及其装置


[0001]本申请涉及航空磁补偿和航空磁探测
，尤其涉及一种补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿方法及其装置。

技术介绍

[0002]航空磁探测是一种将高灵敏度航空磁力仪装载于航空平台上，在复杂磁背景环境下探测铁磁性目标的探测手段。由于具有高效、快速、经济、不受地面条件限制及可在地形比较复杂区域工作的优点，成为一种广泛应用的航空地球物理勘探方法。限制航空磁探测的因素主要有两方面，磁力仪的灵敏度和信号处理技术。近年来，磁力仪技术得到迅速发展，其灵敏度已经大幅度提高，可以达到pT量级甚至fT量级。而信号处理技术发展相对缓慢，平台磁干扰通常为nT量级，是磁力仪感知到的众多磁干扰中最大的部分，因此提高航空磁干扰补偿精度是航空磁探测中重要一环。
[0003]航空磁干扰补偿技术是一种补偿由航空平台自身机械结构及其他干扰源产生的磁干扰的技术。该技术的实现分为几个步骤：1)分析航空平台磁干扰类型和性质，分类建立平台磁干扰数学模型；2)在高空进行校准，根据构建模型利用测量的标量磁场、矢量磁场信息及GPS数据，解算补偿模型系数；3)在实际探测时，通过建立的补偿模型及补偿系数实时补偿测量磁场。
[0004]目前常用的航空磁补偿算法主要包括基于Tolles和Lawson提出的传统补偿模型(以下简称T
‑
L模型)和地磁梯度补偿模型。其中T
‑
L模型存在两个基本假设：1)航空平台是刚体；2)外界地磁场是均匀不变或者准静态的。在此前提下，将平台磁干扰分成三类：固有磁场、感应磁场以及涡流磁场。固有磁场表征平台内铁磁性物体剩余磁化产生的磁场，其大小和方向在平台坐标系下固定不变。感应磁场表征平台内铁磁性物体受地磁场磁化产生的磁场，其大小及方向随航空平台姿态和地磁场的变化而变化。涡流磁场表征平台上软磁材料切割地磁场产生的磁场，其大小、方向与地磁场与平台的相对位置有关。
[0005]T
‑
L模型以此3类磁场为基础进行建模，模型当中包含3项固有磁场量，5项感应磁场量，8项涡流磁场量，均表达为固定系数和对应模型乘积的形式。在航磁探测过程中，搭载在航空平台上的磁力仪还会感知到地磁梯度场，该磁场受平台运动的影响，对磁探测数据构成干扰。通过表征平台位置的经度、纬度和高度3项可以构建补偿模型，考虑到补偿精度要求，模型通常建立为此3项的一阶函数，因此可以与传统T
‑
L补偿模型联合，构成拓展T
‑
L补偿模型，只要通过一定方式求准拓展模型中的固定系数，即可在实际探测中实时补偿平台磁干扰和地磁梯度干扰。
[0006]航磁补偿通常包括两个过程：校准飞行和验证飞行。校准飞行的目的是了为获得准确的补偿系数。在飞行时，为了减小地质磁干扰的影响，通常在3000m左右的高空进行特定周期的机动飞行。为求准补偿系数，通常在磁北、磁东、磁南、磁西4个航向依次进行侧滚、俯仰、偏航三组机动动作，同步采集标量磁力仪测量的标量磁场、磁通门矢量磁力仪测量的矢量磁场、GPS测量的平台位置信息。动作完毕后根据模型及采集数据构建方程求解补偿系
数。再在补偿过程中，利用补偿模型及补偿系数对测量磁场实时补偿。
[0007]在实际执行探测任务时，任务区域往往与校准飞行时不同，并且存在高、低空地质梯度参数不同、飞行状态发生变化的问题。考虑到任务情况紧急与复校准的不经济性，需要寻找补偿系数实时自适应修正的方法以达到持续保持最佳补偿效果。同时在实际探测中航空平台通常保持平飞状态，机动性动作较弱，采用常规的校准方式无法快速准确获得准确系数，因此需要考虑不同的求解方式。
[0008]至此，为了提高实时探测时的磁干扰补偿精度，必须在磁探测过程中对补偿系数进行实时修正，得到高精度的补偿结果，这对提升航空磁探测的探测性能具有重要的意义。

技术实现思路

[0009]本申请提供一种补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿方法及其装置，以解决现有技术中磁干扰补偿精度不够高的问题，能够在磁探测过程中对补偿系数进行实时修正，得到高精度的补偿结果。
[0010]为解决上述技术问题，本申请提出一种补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿方法，包括：通过航空平台进行校准飞行，获得校准数据；根据校准数据，建立航空平台机动磁干扰和地磁梯度干扰场的拓展补偿模型；结合所述拓展补偿模型与所述校准数据，求解校准飞行补偿系数；在实际航磁探测过程中，通过航空平台进行实时探测，获得探测数据，并构建此时的拓展补偿模型；结合探测数据、拓展补偿模型及校准飞行补偿系数，对模型补偿系数进行实时修正；基于修正后的模型补偿系数、探测数据及拓展补偿模型，计算航空平台磁干扰场和地磁梯度磁干扰场；利用实时测量的标量磁场减去航空平台磁干扰场和地磁梯度磁干扰场，得到补偿后的磁场。
[0011]为解决上述技术问题，本申请提出一种补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿装置，包括：校准数据模块，用于通过航空平台进行校准飞行，获得校准数据；拓展补偿模型模块，用于根据校准数据，建立航空平台机动磁干扰和地磁梯度干扰场的拓展补偿模型；系数模块，用于结合所述拓展补偿模型与所述校准数据，求解校准飞行补偿系数；探测数据模块，用于在实际航磁探测过程中，通过航空平台进行实时探测，获得探测数据并构建此时的拓展补偿模型；修正模块，用于结合所述探测数据、拓展补偿模型及校准飞行补偿系数，对模型补偿系数进行实时修正；补偿模块，用于基于修正后的模型补偿系数、探测数据及拓展补偿模型，计算航空平台磁干扰场和地磁梯度磁干扰场；利用实时测量的标量磁场减去航空平台磁干扰场和地磁梯度磁干扰场，得到补偿后的磁场。
[0012]本申请提出一种补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿方法及其装置，首先对航空平台机动磁干扰及地磁梯度磁干扰进行分析建模；然后经过校正飞行采集数据，构建拓展补偿模型，求解校准飞行补偿系数。在航空探测时，利用实时探测数据构建拓展补偿模型，结合校准飞行补偿系数进行补偿模型系数修正，然后计算出航空平台磁干扰场和地磁梯度磁干扰场，最后利用实时测量的标量磁场减去航空平台磁干扰场和地磁梯度磁干扰场，得到补偿后的磁场。通过上述方式，本申请能够在磁探测过程中对补偿系数进行实时修正，得到高精度的补偿结果，从而提高实时航空磁探测能力。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1是本申请补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿方法一实施例的流程示意图；
[0015]图2是本申请准飞行时平台运动机动动作一实施例的示意图；
[0016]图3是本申请校准飞行时磁补偿系数计算一实施例的流程框图；
[0017]图4是本申请基于补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿一实施例的的流程框图；
[0018]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿方法，其特征在于，包括：通过航空平台进行校准飞行，获得校准数据；根据所述校准数据，建立航空平台机动磁干扰和地磁梯度磁干扰的拓展补偿模型；结合所述拓展补偿模型与所述校准数据，求解校准飞行补偿系数；在实际航磁探测过程中，通过所述航空平台进行实时探测，获得探测数据，并构建此时的拓展补偿模型；结合所述探测数据、拓展补偿模型及校准飞行补偿系数，对模型补偿系数进行实时修正；基于修正后的模型补偿系数、探测数据及拓展补偿模型，计算航空平台磁干扰场和地磁梯度磁干扰场；利用实时测量的标量磁场减去航空平台磁干扰场和地磁梯度磁干扰场，得到补偿后的磁场。2.根据权利要求1所述的补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿方法，其特征在于，所述拓展补偿模型表示为：其中，a
i
为待求解的磁补偿系数，μ
i
为磁补偿相关的模型函数；μ1＝cosα
X
，μ2＝cosα
Y
，μ3＝cosα
Z
，μ4＝T
g
cosα
X
cosα
X
，μ5＝T
g
cosα
X
cosα
Y
，μ6＝T
g
cosα
X
cosα
Z
，μ7＝T
g
cosα
Y
cosα
Y
，μ8＝T
g
cosα
Y
cosα
Z
，μ9＝T
g
cosα
X
(cosα
X
)
′
，μ
10
＝T
g
cosα
X
(cosα
Y
)
′
，μ
11
＝T
g
cosα
X
(cosα
Z
)
′
，μ
12
＝T
g
cosα
Y
(cosα
X
)
′
，μ
13
＝T
g
cosα
Y
(cosα
Y
)
′
，μ
14
＝T
g
cosα
Y
(cosα
Z
)
′
，μ
15
＝T
g
cosα
Z
(cosα
X
)
′
，μ
16
＝T
g
cosα
Z
(cosα
Y
)
′
，μ
17
＝lat，μ
18
＝long，μ
19
＝alt；其中，T
g
表示地磁场；lat、long和alt为所述平台当前时刻所处的纬度、经度和高度；α
X
、α
Y
、α
Z
为地磁场与平台坐标系三个轴的夹角，其余弦值表示为：其中，T
X
、T
Y
和T
Z
分别是通过磁通门磁力仪得到的磁场三个垂直分量。3.根据权利要求2所述的补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿方法，其特征在于，所述结合所述拓展补偿模型与所述校准数据，求解校准飞行补偿系数，包括：使用相同的带通滤波器对方向余弦进行滤波，得到滤波后的模型函数，其表示为：使用相同的带通滤波器对方向余弦进行滤波，得到滤波后的模型函数，其表示为：使用相同的带通滤波器对方向余弦进行滤波，得到滤波后的模型函数，其表示为：使用相同的带通滤波器对方向余弦进行滤波，得到滤波后的模型函数，其表示为：使用相同的带通滤波器对方向余弦进行滤波，得到滤波后的模型函数，其表示为：使用相同的带通滤波器对方向余弦进行滤波，得到滤波后的模型函数，其表示为：
μ
17
＝filter(lat)，μ
18
＝filter(long)，μ
19
＝filter(alt)获得滤波后的拓展补偿模型矩阵，其中所述拓展补偿模型矩阵表示为：其中，N为获得的所述校准数据的组数；获得所述拓展补偿模型矩阵的模型补偿系数矩阵，其中所述模型补偿系数矩阵表示为：C
cal
＝[a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7，a8，a9，a
10
，a
11
，a
12
，a
13
，a
14
，a
15
，a
16
，a
17
，a
18
，a
19
]
T
，并通过最小二乘方法获得校准时的系数矩阵。4.根据权利要求3所述的补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿方法，其特征在于，还包括：探测磁力仪实时读取总磁场信息B
tcom
，使用带通滤波器对总磁场信息B
tcom
进行滤波，得到滤波后的总磁场数据记录磁通门磁力仪数据和航空平台的位置数据，其中所述位置数据包括经度、维度和高度；使用相同的带通滤波器对方向余弦滤波，则可以得到滤波后的模型函数，表示为：令滤波后的拓展补偿模型矩阵模型补偿系数矩阵为C
com
＝[b1，b2，b3，b4，b5，b6，b7，b8，b9，b
10
，b
11
，b
12
，b
13
，b
14
，b
15
，b
16
，b
17
，b
18
，b
19
]
T
；设定修正时模型补偿系数矩阵的初始值且P
com
(0)＝103E
19
；根据迭代公式求出P
com
(N+1)，其中为第N+1组数据的滤波后的磁补偿相关项；代入代入求出修正后的系数矩阵CcomN+1，Btcom(N+1)为第N+1个滤波后的总干扰磁场值；计算更新前后系数误差||el
com
||2≤ε，直至ε满足某一设定阈值为止。5.根据权利要求4所述的补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿方法，其特征在于，还包括：若ε不满足某一设定阈值，则返回计算迭代公式，继续迭代至满足停止条件为止。6.一种补偿系数自适应修正的航空磁干扰补偿装置，其特征在于，包括：校准数...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭翔，郭弘，都长平，张超，王海东，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：