基于正演的拖曳式航磁全张量梯度数据软补偿方法技术

本发明专利技术属于航磁软补偿领域，尤其涉及一种基于正演的拖曳式航磁全张量梯度数据软补偿方法。针对航磁全张量梯度拖曳式测量方式设计了一种基于正演的拖曳式航磁全张量梯度数据软补偿方法，相对于现有技术而言，实现了对航磁梯度测量过程中直升机和吊舱姿态、相对位置以及直升机磁场均动态变化情况下的航磁全张量梯度数据软补偿，并且减少相对误差。

【技术实现步骤摘要】
基于正演的拖曳式航磁全张量梯度数据软补偿方法
本专利技术属于航磁软补偿领域，尤其涉及一种基于正演的拖曳式航磁全张量梯度数据软补偿方法。
技术介绍
航磁软补偿主要目的在于消除航磁测量中飞机由于自身磁场(恒定场、感应场和涡流场)以及飞行姿态变化等对磁测值的影响。传统航磁全张量梯度测量方法主要采用机载的方式，将飞机自身磁干扰场以及飞机姿态变化等对测量值影响用线性方程组表示，各项干扰的系数称为补偿系数，通过学习飞行获得补偿系数进而消除其影响。该种测量方式下由于磁梯度测量装置与机身距离很近，磁干扰场组成及其变化都十分复杂。随着航空全张量磁梯度测量装置的研究发展，航空磁测方式也发展到采用直升机拖拽式测量，该种测量方法优点是磁梯度测量装置离机身较远，直升机磁干扰减少，但是由于在飞行过程中直升机与全张量磁梯度测量装置相对位置都时刻变化，传统机载式磁补偿的方法并不适用。另外以往拖曳式测量中的直升机补偿参数多通过在地面围绕机身周围所测磁场值求取，而实际测量过程中磁梯度测量装置位于机身下方，这在补偿参数求取以及补偿方面都存在较大误差。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于正演的拖曳式航磁全张量梯度数据软补偿方法。针对航磁全张量梯度拖曳式测量方式设计了一种基于正演的拖曳式航磁全张量梯度数据软补偿方法，相对于现有技术而言，实现了对航磁梯度测量过程中直升机和吊舱姿态、相对位置以及直升机磁场均动态变化情况下的航磁全张量梯度数据软补偿，并且减少相对误差。为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于正演的拖曳式航磁全张量梯度数据软补偿方法，所述方法用于消除航磁测量中飞机由于自身磁场以及飞行姿态变化对磁测值的影响，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)建立航磁全张量梯度测量正演补偿模型；步骤2)根据步骤1)中建立的模型设计学习飞行方案进行学习飞行；步骤3)根据上述步骤2)的学习飞行数据，确定补偿参数；步骤4)利用上述步骤3)中确定的补偿参数对航磁全张量梯度数据进行软补偿。优先地，步骤4)所述根据确定的补偿参数对航磁全张量梯度数据进行软补偿包括一下步骤：步骤4.1)根据确定的补偿参数，分析出在直升机姿态、自身磁场变化影响下当地水平坐标系下吊舱位置三分量及梯度张量补偿值；步骤4.2)根据吊舱提供的姿态信息，将航磁三分量及梯度张量实际测量值从吊舱坐标系改正到当地水平坐标系下，得到修正值；步骤4.3)根据上述步骤4.2)得出的航磁三分量及梯度张量实际测量值从吊舱坐标系改正到当地水平坐标系下的修正值减去上述步骤4.1)分析得出的当地水平坐标系下吊舱位置三分量及梯度张量补偿值，确定补偿结果。优先地，步骤2)所述设计学习飞行方案，该学习飞行方案进行三次学习飞行设计：学习飞行一，选定平静磁场区H1一平稳飞行；学习飞行二，另选定平静磁场区H2二平稳飞行；学习飞行三，选定变化磁场区H3适当采取机动动作飞行。优先地，所述步骤3)补偿参数包括恒定磁矩、感磁参数和涡流参数。优先地，所述步骤根据补偿参数及直升机姿态信息分析出在直升机姿态、自身磁场变化影响下第k个测点在当地水平坐标系下吊舱位置梯度张量补偿值：所述Bxx,Bxy,Bxz,Byx,Byy,Byz,Bzx,Bzy,Bzz为当地水平坐标系下第k个测点全张量梯度，μ0为真空磁导率；x,y,z分别为第k个测点以直升机位置为原点在当地水平坐标系下吊舱位置；Hx,Hy,Hz分别为第k个测点在直升机坐标系下x、y、z三方向上外磁场值；分别为第k个测点在直升机坐标系下x、y、z三方向上外磁场变化率；T-1为第k个测点对应的直升机姿态矩阵T逆矩阵，(T-1)T为T逆矩阵的转置矩阵，α,β,γ分别为该测点对应的直升机偏向角、俯仰角和横滚角；Mxr,Myr,Mzr，eix,eiy,eiz，evx,evy,evz分别为第k个测点直升机在直升机坐标系下x、y、z三方向上恒定磁矩、感磁参数、涡流参数；Mx,My,Mz分别为第k个测点直升机总磁矩M在直升机坐标系下x、y、z三方向的分量。优先地，所述步骤4.2)将航磁三分量及梯度张量实际测量值从吊舱坐标系改正到当地水平坐标系下，通过吊舱姿态变换矩阵Tc进行坐标系改正，所述Tc由一时刻测量的吊舱偏航角αc、俯仰角βc和横滚角γc组成：所述为矩阵Tc逆矩阵，Tc吊舱姿态变换矩阵；Hax_car、Hay_car、Za_car为吊舱位置经过吊舱姿态改正后的三分量值；Bxx_car、Bxy_car、Bxz_car、Byx_car、Byy_car、Byz_car、Bzx_car、Bzy_car、Bzz_car为吊舱位置经过吊舱姿态改正后的梯度张量值；Hax_measure、Hay_measure、Za_measure、Bxx_measure、Bxy_measure、Bxz_measure、Byx_measure、Byy_measure、Byz_measure、Bzx_measure、Bzy_measure、Bzz_measure为吊舱实际测量值；根据得出的上述值对各点分别进行补偿。优先地，所述补偿参数确定：SHax3×M3＝Hax_car3-Hax_r-Hax_i-Hx3其中M1、M2分别为学习飞行一、学习飞行二中直升机坐标系下直升机总磁矩，M3为学习飞行三中直升机坐标系下的直升机涡流参数；Hx1,Hx2,Hx3均为列向量，分别为学习飞行一、二和三中各测点在当地水平坐标系下对应的地磁场X方向分量，分别为Hx1,Hx2的平均值；SHax1与SHax2分别为n行3列矩阵，n为测点总数；Hax_car1与Hax_car2分别为学习飞行一和学习飞行二的实测数据进行吊舱姿态改正后的值；SHax3为n行3列矩阵，n为测点总数；Hax_car3为实测数据进行吊舱姿态改正后的值，Hax_r为直升机恒定磁场及姿态变化对各测点三分量中的X方向分量Hax造成的干扰值，Hax_i为直升机感应磁场及姿态变化对各测点三分量中的X方向分量Hax造成的干扰值，Hx3为学习飞行三中各测点在当地水平坐标系下对应的地磁场X方向分量，均为n行1列矩阵；通过上述表达式可得出：所述Mxr,Myr,Mzr，eix,eiy,eiz，evx,evy,evz分别为直升机在直升机坐标系下x、y、z三方向恒定磁矩、感磁参数、涡流参数；Mx1、My1、Mz1和Mx2、My2、Mz2分别为直升机总磁矩M1、M2在直升机坐标系下x、y、z三方向的分量；和分别为稳定磁场一和稳定磁场二中直升机坐标系下的地磁三分量在x,y,z方向上的平均值。优先地，所述步骤1)中补偿模型涉及四种坐标系，分别是直升机坐标系、吊舱坐标系、直升机处为原点的当地水平坐标系，以及GPS系统所采用的坐标系；所述四种坐标系均为三维坐标系。附图说明图1是本专利技术涉及一种基于正演的拖曳式航磁全张量梯度数据软补偿方法中提供的航磁全张量梯度测量飞行及各坐标系示意图；图2是本专利技术涉及一种基于正演的拖曳式航磁全张量梯度数据软补偿方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做的替代、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于正演的拖曳式航磁全张量梯度数据软补偿方法，所述方法用于消除航磁测量中飞机由于自身磁场以及飞行姿态变化对磁测值的影响，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1)建立航磁全张量梯度测量正演补偿模型；步骤2)根据步骤1)中建立的模型设计学习飞行方案进行学习飞行；步骤3)根据上述步骤2)的学习飞行数据，确定补偿参数；步骤4)利用上述步骤3)中确定的补偿参数对航磁全张量梯度数据进行软补偿。

【技术特征摘要】
1.一种基于正演的拖曳式航磁全张量梯度数据软补偿方法，所述方法用于消除航磁测量中飞机由于自身磁场以及飞行姿态变化对磁测值的影响，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1)建立航磁全张量梯度测量正演补偿模型；步骤2)根据步骤1)中建立的模型设计学习飞行方案进行学习飞行；步骤3)根据上述步骤2)的学习飞行数据，确定补偿参数；步骤4)利用上述步骤3)中确定的补偿参数对航磁全张量梯度数据进行软补偿；步骤4)所述根据确定的补偿参数对航磁全张量梯度数据进行软补偿包括以下步骤：步骤4.1)根据确定的补偿参数，分析出在直升机姿态、自身磁场变化影响下当地水平坐标系下吊舱位置三分量及梯度张量补偿值；步骤4.2)根据吊舱提供的姿态信息，将航磁三分量及梯度张量实际测量值从吊舱坐标系改正到当地水平坐标系下，得到修正值；步骤4.3)根据上述步骤4.2)得出的航磁三分量及梯度张量实际测量值从吊舱坐标系改正到当地水平坐标系下的修正值减去上述步骤4.1)分析得出的当地水平坐标系下吊舱位置三分量及梯度张量补偿值，确定补偿结果；步骤2)所述设计学习飞行方案，该学习飞行方案进行按以下三次顺序学习飞行设计：学习飞行设计一，选定平静磁场区H1一平稳飞行；学习飞行设计二，另选定平静磁场区H2二平稳飞行；学习飞行设计三，选定变化磁场区H3适当采取机动动作飞行；所述步骤3)补偿参数包括恒定磁矩、感磁参数和涡流参数；所述步骤4.1)根据补偿参数及直升机姿态信息分析出在直升机姿态、自身磁场变化影响下第k个测点在当地水平坐标系下吊舱位置梯度张量补偿值：所述Bxx,Bxy,Bxz,Byx,Byy,Byz,Bzx,Bzy,Bzz为当地水平坐标系下第k个测点全张量梯度补偿值，μ0为真空磁导率；x,y,z分别为第k个测点以直升机位置为原点在当地水平坐标系下吊舱位置；Hx,Hy,Hz分别为第k个测点在直升机坐标系下x、y、z三方向上外磁场值；分别为第k个测点在直升机坐标系下x、y、z三方向上外磁场变化率；T-1为第k个测点对应的直升机姿态矩阵T逆矩阵，(T-1)T为T逆矩阵的转置矩阵，α,β,γ分别为该测点对应的直升机偏向角、俯仰角和横滚角；Mxr,Myr,Mzr，eix,eiy,eiz，evx,evy,evz分别为第k个测点直升机在直升机坐标系下x、y、z三方向上恒定磁矩、感磁参数、涡流参数；Mx,My,Mz分别为第k个测点直升机总磁矩M在直升机坐标系下x、y、z三方向的分量；所述步骤4.2)将航磁三分量及梯度张量实际测量值从吊舱坐标系改正到当地水平坐标系下，通过吊舱姿态变换矩阵Tc进行坐标系改正，所述Tc由一时刻测量的吊舱偏航角...

【专利技术属性】
技术研发人员：修春晓，孟小红，郭良辉，陈召曦，张盛，王俊，张兴东，姚长利，李淑玲，郑元满，刘国峰，邹韵，周俊杰，马亚伟，刘默，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11