CN105785477B - 一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法 - Google Patents
一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105785477B CN105785477B CN201610133390.9A CN201610133390A CN105785477B CN 105785477 B CN105785477 B CN 105785477B CN 201610133390 A CN201610133390 A CN 201610133390A CN 105785477 B CN105785477 B CN 105785477B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- geomagnetic
- vector
- matrix
- magnetic
- measurement error
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V13/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices covered by groups G01V1/00 – G01V11/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
本发明属于地磁测量领域,涉及一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法,包括步骤:(S1)选取校准区域,在区域中心位置设置一个无磁平面;用标量磁力仪测量无磁平面上方的地磁场模值,记作Hesum;(S2)将地磁矢量测量***封装在一个无磁L面箱体中,将箱体放置在无磁平面上;(S3)翻转L面箱体,当每个面作为底面时,使L面箱体绕无磁平面的垂轴等角度差值旋转M个姿态,记录每个姿态时刻的三轴磁传感器输出值和惯导***解算出的姿态角;(S4)建立线性方程组,以地磁场模值作为约束条件,联合求解,得到测量误差模型参数;(S5)对三轴磁传感器输出的测量数据进行校准,得到测量***所在区域的地磁场矢量值。
Description
技术领域
本发明属于地磁测量领域,具体涉及一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法。
背景技术
地磁场是一个矢量场,在地理坐标系下,其三个分量分别为北向分量X、东向分量Y和垂直分量Z。以三个分量为基础,还可以得到地磁矢量的水平强度、磁偏角、磁倾角和总强度等要素。所谓地磁场矢量测量即获取地磁场在地理坐标系下的投影分量。在地磁场矢量测量中,通常需要用到三轴磁场传感器和惯导***(由三轴陀螺仪和加速度计组成)。三轴磁场传感器用于测量地磁场在磁场传感器敏感轴方向的投影分量,三轴陀螺仪用于测量惯性元件敏感轴与地理坐标系之间的欧拉角。地磁矢量测量误差主要来源于:测量***中铁磁材料产生的硬磁与软磁干扰磁场、磁传感器与惯性***敏感轴间的非对准误差等。
地磁矢量测量误差校准方法可分为两类:一类是分离校准法,即分别独立校准干扰磁场和非对准误差;一类是综合校准法,即一体化校准干扰磁场和非对准误差。在干扰磁场校准方面,Joseph A.Rice,Jr.,Plano,Tex.等人申请了美国国家专利(美国专利号5182514,1993年1月26日,Automatic compensator for an airborne magnetic anomalydetector),采用1个三轴磁场传感器和一个标量磁场传感器,利用两者输出计算出地磁场与飞机坐标系间的方向余弦,进行干扰磁场补偿。但对于干扰磁场强度较大的场合,方向余弦无法测出。房建成等人(Jiancheng Fang,Hongwei Sun,Juanjuan Cao,Xiao Zhang,andYe Tao,A Novel CalibrationMethod of Magnetic Compass Based on EllipsoidFitting,IEEE transactions on instrumentation and measurement,2011,60(6):2053-2061)针对磁罗盘的干扰补偿问题,基于椭圆体假设,将问题转化为二次椭球面参数的最优估计问题。此方法可以求解出参数的相对值,而无法得到准确值,所以只可用于指示方向,不能用于测量地磁场矢量。S.Bonneta等人(S.Bonnet,C.Bassompierre,C.Godin,S.Lesecq,A.Barraud,Calibration methods for inertial and magnetic sensors,Sensors and Actuators A:Physical,2009,156:302-311)也研究了惯性传感器与磁场传感器组合起来之后,磁场传感器的干扰补偿问题,但依然是基于椭圆体假设进行的。
在磁场传感器与陀螺仪坐标系对准方面,庞鸿锋等人申请了国家发明专利(申请号:201210355541.7,用于地磁要素测量***的非对准误差校正方法)采用直角型台面和正六面箱体,通过多次翻转无磁正六面体,令翻转后的无磁正六面体仍然紧靠直角型台面。利用重力矢量不变性,建立和求解非线性方程组来获取磁场传感器与惯导***之间的非对准角。此方法要求直角型台面的平面度和垂直度非常高,且每次翻转都要求台面和箱体紧密契合。此方法对设备的加工精度和操作精度均要求较高。
在误差综合校准方面,张琦等人申请了国家发明专利(申请号:201410477818.2,一种基于线性模型的地磁矢量测量误差综合补偿方法)。首先根据全球地磁模型计算地理坐标系下试验区域的地磁场矢量值;其次,以三轴磁传感器和三轴陀螺仪输出值建立线性方程组;最后,求解方程组,得到误差模型参数和补偿后的地磁场值矢量。但由全球地磁模型得到的地磁场矢量值与真实值存在较大差异,会影响参数估计精度和误差校准精度。
综上方法存在如下问题:1)在干扰磁场补偿方面,用于估计干扰磁场模型参数的椭球面方程为二次,解存在多个局部最优,难以保证估计值与真实值之间的一致性;2)在非对准角校准方面,对校准和补偿设备的加工精度、操作精度方要求很高;3)在误差综合校准方面,地磁场矢量难以准确获取(全球地磁模型计算出的地磁矢量值与真实值存在较大差异),会影响误差校准精度。当前,还缺乏一种有效的用于干扰磁场和非对准角的误差综合校准方法。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提出一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法,包括以下步骤:
(S1)选取校准区域,在区域中心位置设置一个无磁平面;建立地理坐标系,地磁场在地理坐标系下其三个分量分别为北向分量X、东向分量Y和垂直分量Z,用标量磁力仪测量无磁平面上方的地磁场模值,记作Hesum;
(S2)将地磁矢量测量***封装在一个无磁L面箱体中,L≥4且取整数,将箱体放置在无磁平面上;所述地磁矢量测量***包括三轴磁传感器和惯导***,惯导***包含三轴陀螺仪与三轴加速度计;
(S3)翻转L面箱体,依次使箱体的每个面作为底面放置在无磁平面上;当每个面作为底面时,使L面箱体绕无磁平面的垂轴等角度差值旋转M个姿态,M≥4且取整数,记录每个姿态时刻的三轴磁传感器输出值和惯导***解算出的姿态角;
(S4)根据步骤(S3)中三轴磁传感器输出值和惯导***解算出的姿态角,建立线性方程组,以步骤(S1)中地磁场模值作为约束条件,进行联合求解,得到测量误差模型参数;
(S5)依据测量误差模型参数,对三轴磁传感器输出的测量数据进行校准,得到测量***所在区域的地磁场矢量值。
进一步地,所述步骤(S4)具体为:
(a)三轴磁传感器输出值和惯导解算出的姿态角构成了3×12维矩阵Al,矩阵为矩阵Al的广义逆矩阵;则令得到三个矩阵D1、D2、D3,I表示单位矩阵;
建立线性方程组为:
求解方程组,得到待定参数k1、k2,其中,T表示矩阵转置运算,N=L*M,表示姿态总数,表示矩阵与矩阵D2相乘后得到矩阵的第i行j列位置对应的元素,i,j取整数。
(b)计算地磁场X分量henx:
将k1、k2代入方程
得到再根据地理位置确定henx符号,北半球取“+”号,南半球取“-”号。
(c)计算地磁场Y、Z分量heny、henz:
将k1、k2、henx分别代入方程heny=k1henx,henz=k2henx;
(d)计算测量误差模型参数构成的向量V:
将代入方程:
所述向量V表示为V=[v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7,v8,v9,v10,v11,v12],根据向量V,即可求解出测量误差模型参数
Hh=Asmi[v10 v11 v12]T,Asmi是Apsmi的逆矩阵。
进一步地,所述步骤(S5)的具体过程为:
根据下式对三轴磁传感器的输出值进行校准,得到校准后的地理坐标系下地磁矢量值Hen:
Hen=ApinApsmi(Hm-Hh)
其中Hm为三轴磁传感器的输出值,测量误差模型参数Hh、Apsmi与向量V=[v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7,v8,v9,v10,v11,v12]的关系如下:
Hh=Asmi[v10 v11 v12]T
Apin是惯导坐标系至地理坐标系的转换矩阵,由惯导***解算出的姿态角的三角函数组成,Apsmi,Asmi互为逆矩阵。
进一步地,所述步骤(S1)中校准区域的地磁场是均匀的。
进一步地,所述校准区域的地磁场的磁场梯度小于5nT/m。
进一步地,所述标量磁力仪为质子磁力仪或光泵磁力仪。
进一步地,所述L的取值为6。
为了更好理解本发明,现将其原理及计算公式推导详细叙述如下:本发明提出一种对设备要求低、操作简便的地磁场矢量测量误差校准方法。地磁矢量测量***由三轴磁传感器和惯导***组成,其中惯导***含三轴陀螺仪和三轴加速度计。将测量***放置在一无磁平面上,进行若干姿态翻转,得到若干组姿态值和三分量磁场值,建立方程组;采用标量磁力仪(质子或光泵磁力仪)测量无磁平面上方的地磁场模值,作为约束条件联合求解,不仅可得到干扰磁场模型参数,而且得到当地地磁场矢量值。利用求解的模型参数,可对干扰磁场和非对准角误差进行综合校准。
(一)选取一个地磁场较为均匀的校准和补偿区域(磁场梯度<5nT/m),在中心区域设置一个无磁平面;
(二)用标量磁力仪(质子或光泵磁力仪)测量无磁平面上方的地磁场模值,记作Hesum;
(三)将构成地磁场矢量测量***的三轴磁场传感器和惯导***封装在一个无磁的箱体中,三轴磁传感器和惯导***不需要精确对准和标定;
(四)建立坐标系1:以测量***中心点为坐标原点,以三轴磁传感器敏感轴为坐标轴构成的坐标系,也称为磁坐标系;
(五)建立坐标系2:以测量***中心点为坐标原点,以惯导***敏感轴为坐标轴构成的坐标系,也称为惯导坐标系;
(六)建立坐标系3:以测量***中心点为坐标原点,分别以地理北向、地理东向和垂直向下为x、y、z轴构成的坐标系,也称为地理坐标系;
(七)地磁场矢量在地理坐标系下的投影矢量为:
Hen=[henx heny henz]T,为待求解参数;
(八)磁坐标系与惯导坐标系之间的欧拉角(非对准角)大小为未知值,记为:α0,β0,γ0,则两个坐标系之间的欧拉旋转矩阵Ami为:
(九)惯导坐标系与地理坐标系之间的欧拉角是惯导***解算出的姿态角,包括航向角α、俯仰角β、滚转角γ,则两个坐标系之间的欧拉旋转矩阵Ain为:
(十)地磁场矢量在磁坐标系下投影矢量为Hem=[hemx hemy hemz]T,则Hen与Hem满足关系式(3):
Hem=AmiAinHen (3)
(十一)在磁坐标系下,磁传感器测量模型表示为:
Hm=Hem+Hh+AsHem=(As+I)Hem+Hh (4)
其中:Hm=[hmx,hmy,hmz]T为三轴磁传感器的测量值;
Hh=[hhx,hhy,hhz]T为硬磁干扰矢量;
AsHem为软磁干扰矢量,为软磁干扰系数矩阵;
(十二)借助关系式(3),磁传感器的测量模型可以表示为:
Hm=AsmiAinHen+Hh (5)
其中:Asmi=(As+I)Ami,为软磁干扰系数矩阵和非对准角耦合在一起的模型参数矩阵;Hh、Asmi为待估的测量误差模型参数。
(十三)进一步,得到地磁矢量的表达式:
Hen=ApinApsmiHm-ApinHph (6)
其中:
Hph=ApsmiHh=[hphx hphy hphz]T。
(十四)进一步整理后,得到分量方程形式:
其中:Al=[Apinhmx Apinhmy Apinhmz -Apin]
V=[b11 b12 b13 b21 b22 b23 b31 b32 b33 hphx hphy hphz]=[vi],(i=1,2,3,...,12)
(十五)令heny=k1henx、henz=k2henx,则上式变为:
(十六)得到含参数k1,k2的V极小范数最小二乘解:
其中:是Al的广义逆矩阵。
(十七)得到残差C:
其中:
(十八)令残差平方和CTC最小(即求CTC的极小值),k1、k2可由下面方程组得到:
(十九)根据标量磁力仪测量值,添加地磁场模值约束条件,
得到再根据地理位置确定henx符号:北半球取“+”号,南半球取“-”号。
(二十)将k1、k2、Henx代入下面方程组:
即可得到heny、henz。
(二十一)将[henx heny henz]T代入方程:
得到了测量误差模型参数构成的向量V,即可求解出误差模型参数4psmi,Hh。
(二十二)对于本次测量数据和其他测量数据,均可以采用下式进行校准,实时得到地理坐标系下的地磁矢量值Hen:
Hen=ApinApsmi(Hm-Hh) (15)
采用本发明取得的有益效果:本发明利用三轴磁场传感器和惯导***的输出信息,建立线性方程组,以地磁场模植作为约束条件,根据南北半球地磁场X分量的方向,最终确定地磁场矢量和干扰磁场模型参数,用这些参数来综合校准地磁矢量测量中的干扰磁场(包括软磁与硬磁)和磁传感器与惯导***敏感轴间的非对准等误差。本发明建立了干扰磁场和非对准角等误差的综合校准模型,将两种误差放在一起进行综合校准。在校准过程中,既建立了磁场分量的数学模型,又引入了磁场模值的约束关系,保证了误差模型参数估计的准确度和误差校准的精度。本发明是一种对设备要求低、操作简便、运算简单的地磁场矢量测量误差综合校准方法。
附图说明
图1是本发明方法工作流程图;
图2是本发明中箱体及测量***布置示意图。
具体实施方式
下面,结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
进行仿真试验,用于试验区域位于北半球,假定选取的试验校准区域地磁场真值为:地磁场矢量Hen=[35255 -33200 -2046]nT,地磁场模值Hesum=48470nT(可采用质子磁力仪测量,nT为磁场单位)。
在磁传感器坐标系下,根据先验知识,预先假定测量***中一些参数的数值,具体为:
硬磁干扰矢量为Hh=[300 500 800]nT;
软磁干扰系数矩阵为
磁坐标系与惯导坐标系之间的欧拉角分别为:[α0 β0 γ0]=[6 4 5]度。
如图1所示,本发明方法工作流程图,具体实施例步骤如下:
1、将正六面箱体放置在无磁平面上,底面为1号面;如图2所示,正六面体箱体,与内部的三轴磁传感器与惯导***。
2、记录三轴磁场传感器和惯导***输出值;
3、将正六面箱体绕无磁水平面的垂轴,水平等角度差值旋转4个姿态,记录三轴磁场传感器和惯导***的输出;
4、依次按照底面为2号至6号的顺序,重复上一骤;假设磁场传感器的测量噪声为5nT,惯导***的测量噪声为0.5度,得到的测量数据如表1所示。
表1惯导***和磁场传感器的测量数据
5、建立公式(11)方程组,求解出:k1=-0.941722,k2=-0.058027。
6、根据公式(12)(13)和试验区域位于北半球,henx分量取“+”,可以得到地磁场矢量H'en及模值H'esum的估计值为:
H'en=[35254.80 -33200.22 -2045.73]nT
H'esum=48469.996nT
7、利用公式(14),可以求出误差参数向量V,得到公式(6)中的Apsmi,Hh,如下:
Hh=[299.25 499.74 801.54]nT
6、对磁场模型参数的评估。
1)根据仿真参数[α0 β0 γ0]=[6 4 5],可以得到Apsmi的真实值为:
Apsmi各元素真实值与估计值之间基本一致。
2)固定磁场Hh的真实值与估计值之间的误差小于:2nT;
3)地磁场矢量和模值的真实值与估计值之间的均误差小于:1nT。
7、对补偿效果的评估
利用式(15),对传感器测量值进行校准。表2为地磁矢量校准值与真实值的误差,其中分量和总量的误差均值小于1nT,误差方差小于5nT。
表2补偿后,地磁场矢量和总量的误差(nT)
X分量 | Y分量 | Z分量 | 总量 |
5.62 | -0.26 | -2.51 | 4.37 |
-2.60 | 4.22 | 2.07 | -4.87 |
-0.70 | -0.82 | -6.70 | 0.34 |
-4.43 | -2.25 | 7.06 | -1.98 |
7.93 | 0.75 | 0.06 | 5.25 |
4.43 | 2.44 | -0.28 | 1.57 |
-6.04 | 5.70 | 0.50 | -8.32 |
4.71 | -4.28 | 1.31 | 6.30 |
2.56 | -3.01 | 3.75 | 3.76 |
1.89 | -2.53 | -2.28 | 3.20 |
-2.23 | 3.16 | 8.54 | -4.14 |
-4.22 | -1.34 | 1.79 | -2.22 |
-0.66 | -1.76 | -0.81 | 0.75 |
1.08 | -2.10 | -7.46 | 2.54 |
-0.81 | 4.04 | -1.16 | -3.30 |
0.78 | 3.83 | 3.48 | -2.20 |
5.33 | 6.64 | -3.84 | -0.51 |
1.09 | -2.76 | 5.45 | 2.45 |
4.52 | -2.52 | -2.16 | 5.10 |
-4.15 | 4.04 | -4.96 | -5.57 |
0.30 | -6.83 | 1.10 | 4.85 |
-3.44 | -1.18 | 4.32 | -1.88 |
-8.16 | -3.22 | -4.40 | -3.54 |
-2.83 | 0.04 | -2.87 | -1.96 |
应当指出,本发明并不局限于以上特定实施例,任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围的情况下,都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法,其特征在于,包括以下步骤:
(S1)选取校准区域,在区域中心位置设置一个无磁平面;建立地理坐标系,地磁场在地理坐标系下其三个分量分别为北向分量X、东向分量Y和垂直分量Z,用标量磁力仪测量无磁平面上方的地磁场模值,记作Hesum;
(S2)将地磁矢量测量***封装在一个无磁L面箱体中,L≥4且取整数,将箱体放置在无磁平面上;所述地磁矢量测量***包括三轴磁传感器和惯导***;
(S3)翻转L面箱体,依次使箱体的每个面作为底面放置在无磁平面上;当每个面作为底面时,使L面箱体绕无磁平面的垂轴等角度差值旋转M个姿态,M≥4且取整数,记录每个姿态时刻的三轴磁传感器输出值和惯导***解算出的姿态角;
(S4)根据步骤(S3)中三轴磁传感器输出值和惯导***解算出的姿态角,建立线性方程组,以步骤(S1)中地磁场模值作为约束条件,联合求解,得到测量误差模型参数;具体为:
(a)三轴磁传感器输出值和惯导解算出的姿态角构成了3×12维矩阵Al,矩阵为矩阵Al的广义逆矩阵;则令得到三个矩阵D1、D2、D3,I表示单位矩阵;
建立线性方程组为:
<mfenced open = "{" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>k</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>N</mi>
</munderover>
<msubsup>
<mi>D</mi>
<mn>2</mn>
<mi>T</mi>
</msubsup>
<msub>
<mi>D</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>k</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>N</mi>
</munderover>
<msubsup>
<mi>D</mi>
<mn>2</mn>
<mi>T</mi>
</msubsup>
<msub>
<mi>D</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mo>-</mo>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>N</mi>
</munderover>
<msubsup>
<mi>D</mi>
<mn>2</mn>
<mi>T</mi>
</msubsup>
<msub>
<mi>D</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>k</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>N</mi>
</munderover>
<msubsup>
<mi>D</mi>
<mn>3</mn>
<mi>T</mi>
</msubsup>
<msub>
<mi>D</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>k</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>N</mi>
</munderover>
<msubsup>
<mi>D</mi>
<mn>3</mn>
<mi>T</mi>
</msubsup>
<msub>
<mi>D</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<mo>-</mo>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>N</mi>
</munderover>
<msubsup>
<mi>D</mi>
<mn>3</mn>
<mi>T</mi>
</msubsup>
<msub>
<mi>D</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>i</mi>
<mo>,</mo>
<mi>j</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
求解方程组,得到待定参数k1、k2,T表示矩阵转置运算,N=L*M,表示姿态总数,表示矩阵与矩阵D2相乘后得到矩阵的第i行j列位置对应的元素;
(b)计算地磁场X分量henx:
将k1、k2代入方程
得到再根据地理位置确定henx符号,北半球取“+”号,南半球取“-”号;
(c)计算地磁场Y、Z分量heny、henz:
将k1、k2、henx分别代入方程heny=k1henx,henz=k2henx;
(d)计算测量误差模型参数构成的向量V:
将[henx heny henz]T代入方程:
所述向量V表示为V=[v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7,v8,v9,v10,v11,v12],根据向量V,即可求解出测量误差模型参数Apsmi,Hh,Hh=Asmi[v10 v11 v12]T,Asmi是Apsmi的逆矩阵;
(S5)依据测量误差模型参数,对三轴磁传感器输出的测量数据进行校准,得到测量***所在区域的地磁场矢量值。
2.如权利要求1所述的一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法,其特征在于,所述步骤(S5)的具体过程为:
根据下式对三轴磁传感器的输出值进行校准,得到校准后的地理坐标系下地磁矢量值Hen:
Hen=ApinApsmi(Hm-Hh)
其中Hm为三轴磁传感器的输出值,测量误差模型参数Hh、Apsmi与向量V=[v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7,v8,v9,v10,v11,v12]的关系如下:
<mrow>
<msub>
<mi>A</mi>
<mrow>
<mi>p</mi>
<mi>s</mi>
<mi>m</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>4</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>7</mn>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>5</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>8</mn>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>6</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>9</mn>
</msub>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
</mrow>
Hh=Asmi[v10 v11 v12]T
Apin是惯导坐标系至地理坐标系的转换矩阵,由惯导***解算出的姿态角的三角函数组成,Apsmi,Asmi互为逆矩阵。
3.如权利要求1所述的一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法,其特征在于,所述步骤(S1)中校准区域的地磁场是均匀的。
4.如权利要求1所述的一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法,其特征在于,所述校准区域的地磁场的磁场梯度小于5nT/m。
5.如权利要求1所述的一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法,其特征在于,所述标量磁力仪为质子磁力仪或光泵磁力仪。
6.如权利要求1所述的一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法,其特征在于,所述L的取值为6。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610133390.9A CN105785477B (zh) | 2016-03-09 | 2016-03-09 | 一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610133390.9A CN105785477B (zh) | 2016-03-09 | 2016-03-09 | 一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105785477A CN105785477A (zh) | 2016-07-20 |
CN105785477B true CN105785477B (zh) | 2018-01-19 |
Family
ID=56387989
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610133390.9A Active CN105785477B (zh) | 2016-03-09 | 2016-03-09 | 一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105785477B (zh) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106772180B (zh) * | 2016-12-20 | 2019-06-25 | 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 | 一种光泵磁力仪梯度容限测量装置 |
CN106990451B (zh) * | 2017-02-07 | 2018-10-19 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于拉格朗日乘数法的地磁矢量测量***误差校正方法 |
CN107607999B (zh) * | 2017-08-22 | 2019-01-29 | 哈尔滨工程大学 | 一种对铁磁目标远场磁矩矢量的测量方法 |
FR3071051B1 (fr) * | 2017-09-08 | 2020-03-13 | Thales | Procede de compensation d'un champ magnetique, dispositif et programme d'ordinateur associes |
CN110986961A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-04-10 | 上海卫星工程研究所 | 磁光矩阵标定装置及磁光矩阵标定方法 |
CN112130229B (zh) * | 2020-08-21 | 2021-07-09 | 中国地质大学(武汉) | 一种线圈矢量磁力仪不水平度误差电学检测***及方法 |
CN112213678B (zh) * | 2020-10-27 | 2022-03-25 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法 |
CN113008227B (zh) * | 2021-02-05 | 2023-03-10 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于三轴加速度计测姿的地磁二分量测量方法 |
CN113820751B (zh) * | 2021-08-20 | 2022-08-30 | 中国地质大学(武汉) | 一种dIdD磁力仪平台机械漂移校正方法、设备及存储设备 |
CN113866688B (zh) * | 2021-09-22 | 2022-10-04 | 西北工业大学 | 一种小姿态角条件下的三轴磁传感器误差校准方法 |
CN114563741A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-05-31 | 西南民族大学 | 磁梯度仪现场校正方法及装置 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102636816A (zh) * | 2012-04-26 | 2012-08-15 | 西北工业大学 | 简易地磁矢量测量方法 |
CN102692608A (zh) * | 2011-03-22 | 2012-09-26 | 雅马哈株式会社 | 地磁场测量装置、偏移量确定方法及计算机可读记录介质 |
CN102735268A (zh) * | 2012-07-10 | 2012-10-17 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种基于姿态优化激励的捷联三轴磁力仪标定方法 |
CN102879832A (zh) * | 2012-09-21 | 2013-01-16 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 用于地磁要素测量***的非对准误差校正方法 |
CN104199115A (zh) * | 2014-09-18 | 2014-12-10 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种基于线性模型的地磁矢量测量误差综合补偿方法 |
CN104237958A (zh) * | 2014-09-29 | 2014-12-24 | 陕西宝成航空仪表有限责任公司 | 基于轨迹约束的地磁场矢量测量误差修正方法 |
CN104459828A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-03-25 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于绕轴法的地磁矢量***非对准校正方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04259872A (ja) * | 1991-02-15 | 1992-09-16 | Ishikawa Seisakusho Ltd | 3軸磁力計の磁界測定値の補正方法 |
US20150019159A1 (en) * | 2013-07-15 | 2015-01-15 | Honeywell International Inc. | System and method for magnetometer calibration and compensation |
-
2016
- 2016-03-09 CN CN201610133390.9A patent/CN105785477B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102692608A (zh) * | 2011-03-22 | 2012-09-26 | 雅马哈株式会社 | 地磁场测量装置、偏移量确定方法及计算机可读记录介质 |
CN102636816A (zh) * | 2012-04-26 | 2012-08-15 | 西北工业大学 | 简易地磁矢量测量方法 |
CN102735268A (zh) * | 2012-07-10 | 2012-10-17 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种基于姿态优化激励的捷联三轴磁力仪标定方法 |
CN102879832A (zh) * | 2012-09-21 | 2013-01-16 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 用于地磁要素测量***的非对准误差校正方法 |
CN104199115A (zh) * | 2014-09-18 | 2014-12-10 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种基于线性模型的地磁矢量测量误差综合补偿方法 |
CN104237958A (zh) * | 2014-09-29 | 2014-12-24 | 陕西宝成航空仪表有限责任公司 | 基于轨迹约束的地磁场矢量测量误差修正方法 |
CN104459828A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-03-25 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于绕轴法的地磁矢量***非对准校正方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
三轴磁强计输出误差的综合补偿方法;朱学军 等;《测试技术学报》;20141231;第28卷(第6期);第526-531页 * |
姿态检测地磁传感器误差分析与补偿方法;龙礼 等;《中国惯性技术学报》;20130228;第21卷(第1期);第80-83页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105785477A (zh) | 2016-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105785477B (zh) | 一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法 | |
CN107024674B (zh) | 一种基于递推最小二乘法的磁强计现场快速标定方法 | |
CN104199115B (zh) | 一种基于线性模型的地磁矢量测量误差综合补偿方法 | |
CN106990451B (zh) | 基于拉格朗日乘数法的地磁矢量测量***误差校正方法 | |
CN110146839A (zh) | 一种移动平台磁梯度张量***校正方法 | |
Renaudin et al. | New method for magnetometers based orientation estimation | |
US6543146B2 (en) | Electronic compass and compensation of large magnetic errors for operation over all orientations | |
CN107544042B (zh) | 一种磁力计阵列校正方法 | |
CN108333551B (zh) | 一种磁力计的校正方法 | |
CN110174123B (zh) | 一种磁传感器实时标定方法 | |
JP2004525347A5 (zh) | ||
CN104459828B (zh) | 基于绕轴法的地磁矢量***非对准校正方法 | |
CN109856689B (zh) | 一种超导航磁梯度张量数据抑噪处理方法和*** | |
CN104316037B (zh) | 一种电子罗盘的校正方法及装置 | |
CN111780786A (zh) | 一种三轴tmr传感器在线校准方法 | |
CN104406610A (zh) | 一种磁力计实时校正装置及方法 | |
CN112461224B (zh) | 一种基于已知姿态角的磁力计标定方法 | |
CN107290801A (zh) | 基于函数链接型神经网络和场模平方差的捷联三轴磁强计误差一步校正方法 | |
CN109000639B (zh) | 乘性误差四元数地磁张量场辅助陀螺的姿态估计方法及装置 | |
CN112461262A (zh) | 一种校正三轴磁强计误差的装置和方法 | |
CN113866688B (zh) | 一种小姿态角条件下的三轴磁传感器误差校准方法 | |
CN113156355A (zh) | 一种超导全张量磁梯度测量装置的磁干扰补偿方法 | |
CN112577518A (zh) | 一种惯性测量单元标定方法及装置 | |
CN109668562A (zh) | 一种考虑偏差时引入伪测量的重力梯度运动学导航方法 | |
Chen et al. | A novel calibration method for tri-axial magnetometers based on an expanded error model and a two-step total least square algorithm |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |