一种基于内置阵列磁强计的平台剩磁实时估计方法技术

本发明专利技术提供了一种基于内置阵列磁强计的平台剩磁实时估计方法，所述方法包括：将j个磁强计部署在平台内部；测量每台磁强计相对于平台坐标系的位置信息；根据位置信息建立差分测量矩阵；使用平台剩磁估计算法计算差分测量矩阵，估计平台剩磁。本发明专利技术的优势在于：基于内置阵列磁强计的平台剩磁实时估计技术通过在载体平台内部布局阵列磁强计实时估计出平台的剩磁大小。该项技术对运动平台本身的运动无任何要求，方便了各种运动平台的应用。方便了各种运动平台的应用。方便了各种运动平台的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于内置阵列磁强计的平台剩磁实时估计方法


[0001]本专利技术属于飞行器地磁自主导航领域，具体涉及一种基于内置阵列磁强计的平台剩磁实时估计方法。

技术介绍

[0002]地磁导航是利用三轴磁强计对地磁场进行测量，并与地磁模型进行比较，通过导航算法确定运动平台的位置信息的一种导航方法。地磁导航不需要对外界进行信息交换，是一种无源导航，具有很强的自主性，是一种不依赖全球导航卫星系统(GNSS)的自主导航方法，具有很强的隐蔽性和抗干扰性，并没有累积误差存在。地磁场是存在于地球周围空间的磁场。地球近地空间内任意一点的磁场强度矢量随着其空间位置的经纬度还有高度的改变而改变，具有唯一性，只要准确确定各点的地磁场矢量即可实现全球定位。地磁场普遍存在于地球周围，所以地磁导航可以在各种地域环境中实现导航，而且地磁场的测量不受天气、时间、地形环境等因素的制约，可以实现全天候、全地域的导航。
[0003]地磁导航技术需要利用磁强计对地磁场进行有效测量，平台剩磁对磁强计测量地磁场来说是一个较大的干扰源。为了降低平台剩磁对磁强计的干扰，航天器平台利用伸杆将磁强计远离星体，以减少平台剩磁对磁强计的干扰。但是，在临近空间远程固体火箭、航空飞行器等平台上，难以使用伸杆的方式将磁强计远离平台，这样会破坏平台的气动外形，影响其飞行性能。为此，平台剩磁的实时估计对于地磁导航技术在临近空间远程固体火箭、航空飞行器等平台的应用至关重要。
[0004]目前，为了实现对平台剩磁的估计，采用地面标定的方式对平台剩磁进行测量与标定，在平台运动过程中，让平台变化不同的姿态，以分辨平台变化的剩磁。这些方法虽然在一定程度上可以对平台剩磁进行估计，但是存在实时性弱、精度低、需要平台做特定的飞行动作，不适合向技术应用的推广。
[0005]综上，研究一种对平台无动作要求，可以高精度、可实时估计平台剩磁的技术对于地磁导航的应用转化至关重要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有剩磁估计方法对平台有动作要求，无法实时估计平台剩磁的缺陷。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种基于内置阵列磁强计的平台剩磁实时估计方法，所述方法包括：
[0008]步骤1：将j个磁强计部署在平台内部；
[0009]步骤2：测量每台磁强计相对于平台坐标系的位置信息；
[0010]步骤3：根据位置信息建立差分测量矩阵；
[0011]步骤4：使用平台剩磁估计算法计算差分测量矩阵，估计平台剩磁。
[0012]作为上述方法的一种改进，所述平台剩磁包括：固定剩磁B
p
、感应剩磁B
i
、涡流剩磁
B
e
和电磁剩磁B
l
。
[0013]作为上述方法的一种改进，所述步骤2具体包括：
[0014]以一个磁强计的位置P为原点建立磁强计三维坐标系，三个坐标轴分别为x、y、z；
[0015]针对固定剩磁B
p
，将产生固定剩磁磁矩M
p
的结构部件作为磁偶极子，结构部件的几何中心作为磁偶极子的圆心O
p
，以磁偶极子的圆心O
p
为原点建立三维坐标系，该坐标系的三个坐标轴x
p
、y
p
、z
p
分别与磁强计三维坐标系的x、y、z轴平行；
[0016]将磁矩M
p
投影到x
p
、y
p
、z
p
轴，得到磁矩M
px
、M
py
、M
pz
，为磁矩M
pz
建立以磁偶极子的圆心O为原点的固定剩磁磁矩三维坐标系，该坐标系的三个坐标轴x
pz
、y
pz
、z
pz
分别与x
p
、y
p
、z
p
方向相同；
[0017]测量位置信息包括：
[0018]O
p
点到P点的距离d
p
；P点相对于M
pz
的天顶角P点所在子午面与x
pz
轴所在子午面的夹角θ
pz
；
[0019]根据右手定则，为磁矩M
px
、M
py
建立各自的笛卡尔坐标系，其坐标系的z轴方向指向各自的磁矩方向；对应于坐标系x
pz
、y
pz
、z
pz
，得到参数：P点相对于M
px
的天顶角P点所在子午面与x
px
轴所在子午面的夹角θ
px
、P点相对于M
py
的天顶角P点所在子午面与x
py
轴所在子午面的夹角θ
py
；
[0020]采用相同的方法，针对感应剩磁B
i
、涡流剩磁B
e
和电磁剩磁B
l
建立坐标轴，得到位置信息包括：
[0021]磁偶极子的圆心O
i
点到P点的距离d
i
；P点相对于感应剩磁磁矩M
iz
的天顶角P点所在子午面与感应剩磁磁矩坐标轴x
iz
轴所在子午面的夹角θ
iz
；P点相对于感应剩磁磁矩M
ix
的天顶角P点所在子午面与感应剩磁磁矩坐标轴x
ix
轴所在子午面的夹角θ
ix
、P点相对于感应剩磁磁矩M
iy
的天顶角P点所在子午面与感应剩磁磁矩坐标轴x
iy
轴所在子午面的夹角θ
iy
；
[0022]磁偶极子的圆心O
e
点到P点的距离d
e
；P点相对于涡流剩磁磁矩M
ez
的天顶角P点所在子午面与涡流剩磁磁矩坐标轴x
ez
轴所在子午面的夹角θ
ez
；P点相对于涡流剩磁磁矩M
ex
的天顶角P点所在子午面与涡流剩磁磁矩坐标轴x
ex
轴所在子午面的夹角θ
ex
、P点相对于涡流剩磁磁矩M
ey
的天顶角P点所在子午面与涡流剩磁磁矩坐标轴x
ey
轴所在子午面的夹角θ
ey
；
[0023]磁偶极子的圆心O
l
点到P点的距离d
l
；P点相对于电磁剩磁磁矩M
lz
的天顶角P点所在子午面与电磁剩磁磁矩坐标轴x
lz
轴所在子午面的夹角θ
lz
；P点相对于电磁剩磁磁矩M
lx
的天顶角P点所在子午面与电磁剩磁磁矩坐标轴x
lx
轴所在子午面的夹角θ
lx
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于内置阵列磁强计的平台剩磁实时估计方法，所述方法包括：步骤1：将j个磁强计部署在平台内部；步骤2：测量每台磁强计相对于平台坐标系的位置信息；步骤3：根据位置信息建立差分测量矩阵；步骤4：使用平台剩磁估计算法计算差分测量矩阵，估计平台剩磁。2.根据权利要求1所述的基于内置阵列磁强计的平台剩磁实时估计方法，其特征在于，所述平台剩磁包括：固定剩磁B
p
、感应剩磁B
i
、涡流剩磁B
e
和电磁剩磁B
l
。3.根据权利要求2所述的基于内置阵列磁强计的平台剩磁实时估计方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：以一个磁强计的位置P为原点建立磁强计三维坐标系，三个坐标轴分别为x、y、z；针对固定剩磁B
p
，将产生固定剩磁磁矩M
p
的结构部件作为磁偶极子，结构部件的几何中心作为磁偶极子的圆心O
p
，以磁偶极子的圆心O
p
为原点建立三维坐标系，该坐标系的三个坐标轴x
p
、y
p
、z
p
分别与磁强计三维坐标系的x、y、z轴平行；将磁矩M
p
投影到x
p
、y
p
、z
p
轴，得到磁矩M
px
、M
py
、M
pz
，为磁矩M
pz
建立以磁偶极子的圆心O为原点的固定剩磁磁矩三维坐标系，该坐标系的三个坐标轴x
pz
、y
pz
、z
pz
分别与x
p
、y
p
、z
p
方向相同；测量位置信息包括：O
p
点到P点的距离d
p
；P点相对于M
pz
的天顶角P点所在子午面与x
pz
轴所在子午面的夹角θ
pz
；根据右手定则，为磁矩M
px
、M
py
建立各自的笛卡尔坐标系，其坐标系的z轴方向指向各自的磁矩方向；对应于坐标系x
pz
、y
pz
、z
pz
，得到参数：P点相对于M
px
的天顶角P点所在子午面与x
px
轴所在子午面的夹角θ
px
、P点相对于M
py
的天顶角P点所在子午面与x
py
轴所在子午面的夹角θ
py
；采用相同的方法，针对感应剩磁B
i
、涡流剩磁B
e
和电磁剩磁B
l
建立坐标轴，得到位置信息包括：磁偶极子的圆心O
i
点到P点的距离d

【专利技术属性】
技术研发人员：高东，谷鹏，朱明慧，卞春江，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：