CN112213678B - 一种矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法，包括如下步骤：S1，建立机舱三轴磁环境模型；S2，利用安装在飞机上的矢量磁探仪进行试验，获取多组磁场测量值，并将获取的多组磁场测量值分别带入步骤S1中建立的机舱三轴磁环境模型中，以解得机舱三轴磁环境模型中的参数；S3，实际飞行时，利用机舱三轴磁环境模型，对矢量磁探仪的测量结果进行补偿，得到磁场补偿值。本发明提供的矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法，其补偿效果好，能够补偿掉机舱环境作用在三轴磁强计的分量以及在复杂环境由于抖动而引起的小量，对外界信号的总体变化趋势无影响，可以更好的用以计算飞机飞行的方向余弦。

Description

一种矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法

技术领域

本发明涉及磁环境优化技术领域，具体涉及一种矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法。

背景技术

飞机机舱内部的磁场环境是非常复杂的，空间梯度大，严重影响到安装在机舱内部的三轴矢量磁强计的测量准确度，增加了飞机方向余弦获取的误差，导致飞机背景磁场模型求解的失败。所以，需要对机舱内部的矢量磁环境进行三轴的磁补偿。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法，包括如下步骤：

一种矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法，包括如下步骤：

S1，建立机舱三轴磁环境模型；

S2，利用安装在飞机上的矢量磁探仪进行试验，获取多组磁场测量值，并将获取的多组磁场测量值分别带入步骤S1中建立的机舱三轴磁环境模型中，以解得机舱三轴磁环境模型中的参数；

S3，实际飞行时，利用机舱三轴磁环境模型，对矢量磁探仪的测量结果进行补偿，得到磁场补偿值。

在一些实施例中，步骤S1中，建立机舱三轴磁环境模型的过程如下：

假设磁航向为θ，当飞行范围不大时，地球磁场垂直分量变化不大，记与航向有关的磁场测量值为：

H_θ＝{H_xθ H_yθ H_zθ}

同航向下磁场准确值为：

H＝{H_x H_y H_z}

三轴背景噪声为：

H_b＝{H_xb H_yb H_zb}

其中：

有：

忽略上式中的二价小量

有：

记：

有：

假设飞机水平飞行，则H_Zθ＝H_Z，与航向无关，故令：

K＝(h₁,h₂,h₃+k₃₃H_z,k₁₁,k₁₂+k₂₁,k₁₃+k₃₁,k₂₂,k₂₃+k₃₂)^T＝(k₁,k₂,k₃...k₈)^T (3)

取θ＝θ₁,θ₂,...θ_m，则根据式(2)、(3)可建立以下方程组：

AK＝F (4)

其中：

F＝(f₁,f₂,...f_m)^T。

在一些实施例中，步骤S2中，选择开阔的停机坪作为试验地点，且保证试验地点周围没有铁磁性物质，在离地面1m高度上，50m范围内地球磁场均匀性误差不大于10nT，飞机停放在停机坪上，且停放点能够保证360°转向，原地改变飞机机身方向，利用矢量磁探仪分别获取θ＝θ₁,θ₂,...θ_m时的多组试验数据，带入式(4)即可解得模型中的各个参数；

步骤S3中，飞机水平飞行时，利用参数矢量K及矢量磁探仪的磁场测量值，根据式(1)和式(2)即可计算得到磁场补偿值。

在一些实施例中，步骤S2中，利用矢量磁探仪分别获取多组试验数据并带入式(4)后，采用迭代法或逐步回归法解得模型中的各个参数。

在一些实施例中，若飞机未做水平飞行，式(2)依然成立，但H_Zθ＝H_Z不成立，参数矢量K中的系数k₃与H_z有关，均随仰角变化，记此时k₃与H_z的取值分别为k₃′和H_z′，其它系数均为常数，得：

并且有：

结合上式并分别代入矢量磁探仪获得的多组试验数据，即可解得参数h₃和k₃₃。

与现有技术相比，本发明提供的矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法，其补偿效果好，能够补偿掉机舱环境作用在三轴磁强计的分量以及在复杂环境由于抖动而引起的小量，对外界信号的总体变化趋势无影响，可以更好的用以计算飞机飞行的方向余弦。

附图说明

图1为利用本发明提供的矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法进行数据补偿后的效果图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

除非另外定义本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明提供了一种矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法，包括如下步骤：

一种矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法，包括如下步骤：

S1，建立机舱三轴磁环境模型；

S2，利用安装在飞机上的矢量磁探仪进行试验，获取多组磁场测量值，并将获取的多组磁场测量值分别带入步骤S1中建立的机舱三轴磁环境模型中，以解得机舱三轴磁环境模型中的参数；

S3，实际飞行时，利用机舱三轴磁环境模型，对矢量磁探仪的测量结果进行补偿，得到磁场补偿值。

在一个具体实施例中，步骤S1中，建立机舱三轴磁环境模型的过程如下：

假设磁航向为θ，当飞行范围不大时，地球磁场垂直分量变化不大，记与航向有关的磁场测量值为：

H_θ＝{H_xθ H_yθ H_zθ}

同航向下磁场准确值为：

H＝{H_x H_y H_z}

三轴背景噪声为：

H_b＝{H_xb H_yb H_zb}

其中：

有：

忽略上式中的二价小量

有：

记：

有：

假设飞机水平飞行，则H_Zθ＝H_Z，与航向无关，故令：

K＝(h₁,h₂,h₃+k₃₃H_z,k₁₁,k₁₂+k₂₁,k₁₃+k₃₁,k₂₂,k₂₃+k₃₂)^T＝(k₁,k₂,k₃...k₈)^T (3)

取θ＝θ₁,θ₂,...θ_m，则根据式(2)、(3)可建立以下方程组：

AK＝F (4)

其中：

F＝(f₁,f₂,...f_m)^T。

进一步地，步骤S2中，选择开阔的停机坪作为试验地点，且保证试验地点周围没有铁磁性物质，在离地面1m高度上，50m范围内地球磁场均匀性误差不大于10nT，飞机停放在停机坪上，且停放点能够保证360°转向，原地改变飞机机身方向，利用矢量磁探仪分别获取θ＝θ₁,θ₂,...θ_m时的多组试验数据，带入式(4)即可解得模型中的各个参数；

步骤S3中，飞机水平飞行时，利用参数矢量K及矢量磁探仪的磁场测量值，根据式(1)和式(2)即可计算得到磁场补偿值。

具体第，步骤S2中，可利用矢量磁探仪分别获取多组试验数据并带入式(4)后，采用奇异值分解法、迭代法或逐步回归法解得模型中的各个参数。

另外，可以理解的是，若飞机未做水平飞行，式(2)依然成立，但H_Zθ＝H_Z不成立，参数矢量K中的系数k₃与H_z有关，均随仰角变化，记此时k₃与H_z的取值分别为k₃′和H_z′，其它系数均为常数，得：

并且有：

结合上式并分别代入矢量磁探仪获得的多组试验数据，即可解得参数h₃和k₃₃，从而获得了所有的未知参数，步骤S3中，采用与上述的飞机水平飞行时类似的方法，即可解得飞机未做水平飞行时的磁场补偿值。

在一个具体实施例中，分别利用奇异值分解法、迭代法、逐步回归的方法求解上述的模型参数，对某型飞机的算法仿真结果如下表所示：

对无干扰情况下的三轴数据进行学习估计的结果如下表所示：

可见，三轴磁补偿模型是正确的、有效的。其补偿效果如图1所示，图中两条曲线分别表示真值信号与补偿后的信号，可见，三轴补偿后的信号十分接近于真值信号。

综上，本发明提供的矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法，其补偿效果好，能够补偿掉机舱环境作用在三轴磁强计的分量以及在复杂环境由于抖动而引起的小量，对外界信号的总体变化趋势无影响，可以更好的用以计算飞机飞行的方向余弦。

以上所描述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，建立机舱三轴磁环境模型，建立机舱三轴磁环境模型的过程如下：

假设磁航向为θ，当飞行范围不大时，地球磁场垂直分量变化不大，记与航向有关的磁场测量值为：

H_θ＝{H_xθ H_yθ H_zθ}

同航向下磁场准确值为：

H＝{H_x H_y H_z}

三轴背景噪声为：

H_b＝{H_xb H_yb H_zb}

其中：

有：

忽略上式中的二价小量

有：

记：

有：

假设飞机水平飞行，则H_Zθ＝H_Z，与航向无关，故令：

K＝(h₁,h₂,h₃+k₃₃H_z,k₁₁,k₁₂+k₂₁,k₁₃+k₃₁,k₂₂,k₂₃+k₃₂)^T＝(k₁,k₂,k₃…k₈)^T (3)

取θ＝θ₁,θ₂,…θ_m，则根据式(2)、(3)可建立以下方程组：

AK＝F (4)

其中：

F＝(f₁,f₂,…f_m)^T；

S2，利用安装在飞机上的矢量磁探仪进行试验，获取多组磁场测量值，并将获取的多组磁场测量值分别代入步骤S1中建立的机舱三轴磁环境模型中，以解得机舱三轴磁环境模型中的参数矢量K；

S3，实际飞行时，利用机舱三轴磁环境模型，对矢量磁探仪的测量结果进行补偿，得到磁场补偿值。

2.根据权利要求1所述的矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法，其特征在于，步骤S2中，选择开阔的停机坪作为试验地点，且保证试验地点周围没有铁磁性物质，在离地面1m高度上，50m范围内地球磁场均匀性误差不大于10nT，飞机停放在停机坪上，且停放点能够保证360°转向，原地改变飞机机身方向，利用矢量磁探仪分别获取θ＝θ₁,θ₂,…θ_m时的多组试验数据，代入式(4)即可解得模型中的各个参数；

步骤S3中，飞机水平飞行时，利用参数矢量K及矢量磁探仪的磁场测量值，根据式(1)和式(2)即可计算得到磁场补偿值。

3.根据权利要求2所述的矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法，其特征在于，步骤S2中，利用矢量磁探仪分别获取多组试验数据并代入式(4)后，采用迭代法或逐步回归法解得模型中的各个参数。

4.根据权利要求3所述的矢量磁探仪三轴数据校正与补偿方法，其特征在于，若飞机未做水平飞行，式(2)依然成立，但H_Zθ＝H_Z不成立，参数矢量K中的系数k₃与H_z有关，均随仰角变化，记此时k₃与H_z的取值分别为k₃′和H_z′，其它系数均为常数，得：

并且有：

结合上式并分别代入矢量磁探仪获得的多组试验数据，即可解得参数h₃和k₃₃。

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