一种移动平台磁梯度张量系统校正方法技术方案

本发明专利技术公开了一种移动平台磁梯度张量系统校正方法，包括以下步骤：S1、对单传感器系统误差进行建模；S2、对单传感器系统误差建立补偿模型；S3、令磁梯度张量系统在三维空间中任意改变姿态采集数据，使用质子磁力仪测量实验环境中的总磁场；S4、以实验环境中的总磁场作为标准，对磁通门传感器采集的数据进行反演，得到传感器的系统误差参数，本发明专利技术使用的校正方法摆脱了对高精度三轴旋转台的依赖，在三维空间中任意姿态采集数据即可，方便易行，可排除三轴旋转台误差对校正结果的影响，反演精度较高，仿真模拟结果表明，系统误差参数估计误差可达到千分之一的水平，可较大程度提高磁梯度张量系统校正精度，提高磁梯度张量系统的性能。

A Correction Method for Magnetically Gradient Tensor System of Mobile Platform

【技术实现步骤摘要】
一种移动平台磁梯度张量系统校正方法
本专利技术涉及移动平台磁梯度张量系统
，尤其涉及一种移动平台磁梯度张量系统校正方法。
技术介绍
当前，基于磁通门传感器或超导量子干涉仪的磁梯度张量系统得到了广泛的应用，磁梯度张量测量与传统的磁矢量测量相比具有对磁异常信号更为敏感、空间分辨率高、能够提供更多有价值的信息等优势，磁梯度张量系统已广泛应用于航空磁探测与导航、未爆炸弹的搜索、移动磁性目标侦察与定位等多种领域。由磁通门传感器组成的磁梯度张量系统大多采用差分近似法原理采集数据，由于传感器制作工艺与磁梯度张量系统安装精度的限制，张量测量精度会受到单个传感器系统误差(传感器零位偏差、三轴非正交误差、三轴灵敏度不一致)和磁梯度张量系统多传感器非对准误差的影响。这些误差如果不进行校正，那么张量测量误差可达到几百至上千nT/m，误差强度可能会大于磁异常信号的强度，因此必须对这些误差进行校正。一些学者已经对磁梯度张量系统的校正方法进行了研究，并取得了良好的效果。常用的磁梯度张量系统校正方法可以分为两个步骤：第一步是对单个传感器的系统误差进行校正，对于单传感器系统误差的校正可分为矢量校正方法和标量校正方法两种，矢量校正方法是采用高精度矢量磁场传感器测量地磁场矢量并以此为标准对磁通门传感器进行校正，该方法需要测量准确的地磁场矢量，因此成本较高。标量校正方法采用高精度质子磁力仪测量地磁场总场并以此为标准对磁通门传感器进行校正，该方法较为方便且成本低；第二步是对磁梯度张量系统的非对准误差进行校正，将多个传感器校正至同一坐标系中，其中一种做法是以磁梯度张量系统中的一个传感器作为基准将其他传感器均校正至该传感器坐标系中，另外一种做法是以磁梯度张量系统搭载平台坐标系作为标准将磁梯度张量系统中的传感器均校正至平台坐标系中，YinGang等人通过构建系统误差线性方程组对误差参数进行估计，其校正结果为：灵敏度因子最大估计误差为1.25％，零位偏差最大估计误差为14.05％，三轴非正交角最大估计误差为3.17％，磁梯度张量系统非对准角最大估计误差为6.77％，PangHongfeng等人使用矢量方法进行校正，并采用非线性拟合以估计误差参数，YinGang，李青竹等人基于最小二乘椭球拟合方法实现了磁梯度张量系统的集成校正，其模拟结果表明，地磁场总磁场均方根误差可降至低于1nT，张量分量均方根误差可降至低于2nT/m。以上分步校正方法中，其中一种方法的估计误差较大，采用矢量方法进行校正，成本较高；集成校正方法中，均需高精度三轴无磁旋转台提供标准方位信息，对旋转台的精度要求较高，三轴旋转台的误差会对校正结果产生影响，为此，我们提出了一种移动平台磁梯度张量系统校正方法来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种移动平台磁梯度张量系统校正方法。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种移动平台磁梯度张量系统校正方法，包括以下步骤：S1、对单传感器系统误差进行建模；S2、对单传感器系统误差建立补偿模型；S3、令磁梯度张量系统在三维空间中任意改变姿态采集数据，使用质子磁力仪测量实验环境中的总磁场；S4、以实验环境中的总磁场作为标准，对磁通门传感器采集的数据进行反演，得到传感器的系统误差参数；S5、对磁梯度张量系统非对准误差进行建模；S6、对磁梯度张量系统非对准误差建立补偿模型；S7、将磁梯度张量系统放置于水平台中采集数据；S8、对磁梯度张量系统采集的数据进行反演，得到磁梯度张量系统非对准误差参数；S9、将磁梯度张量系统搭载于移动平台中，令移动平台按照预先设计好的测线进行测量，采集磁场数据；S10、利用S4和S8得到的传感器系统误差参数和磁梯度张量系统非对准误差对采集到的磁场数据进行校正，并计算张量分量。优选地，所述S3中，令磁梯度张量系统在三维空间中任意改变姿态采集数据，不需高精度三轴旋转台提供标准方位信息。优选地，所述S4中，利用改进差分进化算法对磁通门传感器采集的数据进行反演。优选地，所述S7中，磁梯度张量系统在水平台中采集数据的方法为：首先令传感器X轴垂直于水平台，任意旋转磁梯度张量系统采集一系列数据；然后令传感器Y轴垂直于水平台，任意旋转磁梯度张量系统采集一系列数据；最后令传感器Z轴垂直于水平台，任意旋转磁梯度张量系统采集一系列数据。优选地，所述S8中，使用改进差分进化算法对磁梯度张量系统采集的数据进行反演。本专利技术的有益效果是：1、采用常用的两步法对磁梯度张量系统进行校正，第一步校正中采用标量校正法，成本低且易于实现，第二步中将磁梯度张量系统中各传感器均校正至移动平台坐标系中，有利于数据的处理与解释；2、将差分进化算法的搜索策略进行改进，反演精度较高，仿真模拟结果表明，系统误差参数估计误差可达到千分之一的水平，可较大程度提高磁梯度张量系统校正精度，提高磁梯度张量系统的性能；综上所述，本专利技术使用的校正方法摆脱了对高精度三轴旋转台的依赖，在三维空间中任意姿态采集数据即可，方便易行，可排除三轴旋转台误差对校正结果的影响，适用范围广，可用于多种搭载于移动平台(科考船，AUV、Glider等水下航行器，Argo浮标，直升机、无人机等飞行器，地面车辆等)磁梯度张量系统的校正。附图说明图1为传感器非正交模型示意图；图2为磁梯度张量系统校正流程图；图3为传感器测得的地磁场总场校正前后的对比图；图4为磁梯度张量系统坐标系与移动平台坐标系示意图；图5为磁梯度张量系统测得的张量分量Bxx校正前后的对比图；图6为“十字型”磁梯度张量系统示意图；图7为张量分量Bxx校正前后对比图；图8为张量分量Byy校正前后对比图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。参照图1-8，一种移动平台磁梯度张量系统校正方法，包括以下步骤：S1、对单传感器系统误差进行建模，单传感器系统误差包括零位偏差、三轴非正交误差和三轴灵敏度不一致误差，在理想情况下，三轴磁通门传感器的三个轴是保持完全正交的，但是由于制作工艺的限制，传感器一般都存在非正交误差。建立传感器非正交模型如图1所示，图中：O-XYZ为标准参考坐标系，O-X1Y1Z1为传感器实际的坐标系，O-X2Y2Z2为理想正交坐标系，O为坐标原点，OZ1与OZ2同轴，Y1OZ1与Y2OZ2共面。设ψ为轴OY1与OY2之间的夹角,为轴OX1与面X2OY2之间的夹角，θ为轴OX2与轴OX1在面X2OY2上投影OX'1之间的夹角。非正交角θ,ψ一旦确定，传感器理想正交系O-X2Y2Z2随即唯一确定。在理想情况下，传感器在无磁环境下输出应该为零，但是由于磁芯存在剩磁或者电路部分存在零位偏移导致传感器三轴输出不为零，一般情况下传感器三轴零位偏差可达到几十nT；另外，由于制作工艺的限制，三轴磁敏元件无法保证完全一致，导致三轴灵敏度不一致。我们假定传感器三轴零位偏差为I＝(ix,iy,iz)，灵敏度标度因子为C＝(cx,cy,cz)，传感器实际输出为B1＝(B1x,B1y,B1z)T，理想输出为B2＝(B2x,B2y,B2z)T，那么S2、对单传感器系统误差建立补偿模型，式1为传感器理想本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动平台磁梯度张量系统校正方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对单传感器系统误差进行建模；S2、对单传感器系统误差建立补偿模型；S3、令磁梯度张量系统在三维空间中任意改变姿态采集数据，使用质子磁力仪测量实验环境中的总磁场；S4、以实验环境中的总磁场作为标准，对磁通门传感器采集的数据进行反演，得到传感器的系统误差参数；S5、对磁梯度张量系统非对准误差进行建模；S6、对磁梯度张量系统非对准误差建立补偿模型；S7、将磁梯度张量系统放置于水平台中采集数据；S8、对磁梯度张量系统采集的数据进行反演，得到磁梯度张量系统非对准误差参数；S9、将磁梯度张量系统搭载于移动平台中，令移动平台按照预先设计好的测线进行测量，采集磁场数据；S10、利用S4和S8得到的传感器系统误差参数和磁梯度张量系统非对准误差对采集到的磁场数据进行校正，并计算张量分量。

【技术特征摘要】
1.一种移动平台磁梯度张量系统校正方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对单传感器系统误差进行建模；S2、对单传感器系统误差建立补偿模型；S3、令磁梯度张量系统在三维空间中任意改变姿态采集数据，使用质子磁力仪测量实验环境中的总磁场；S4、以实验环境中的总磁场作为标准，对磁通门传感器采集的数据进行反演，得到传感器的系统误差参数；S5、对磁梯度张量系统非对准误差进行建模；S6、对磁梯度张量系统非对准误差建立补偿模型；S7、将磁梯度张量系统放置于水平台中采集数据；S8、对磁梯度张量系统采集的数据进行反演，得到磁梯度张量系统非对准误差参数；S9、将磁梯度张量系统搭载于移动平台中，令移动平台按照预先设计好的测线进行测量，采集磁场数据；S10、利用S4和S8得到的传感器系统误差参数和磁梯度张量系统非对准误差对采集到的磁场数据进行校正，并计算张量分量。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁学振，李予国，亓夫军，裴建新，陈家林，张晶，罗鸣，李卓轩，刘浩，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东,37