【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海流测量领域，特别涉及一种电磁海流计标定及姿态校正方法。
技术介绍
1、电磁海流计是一种利用电磁感应原理测量海水流速和流向的仪器，在海洋科学研究、海洋工程建设、海洋资源开发等领域应用广泛。电磁海流计搭载在海洋资料浮标上是一种常见的应用方式，通过搭载电磁海流计，海洋资料浮标可以连续不断地监测海流的流速和流向，并将数据传输到岸基接收站或者卫星，为海洋科学研究、海洋环境预报、海洋工程等领域提供重要的数据支持。
2、电磁海流计在浮标安装时一般是固定在水下井架上，海流计探头向下，与海平面垂直。当海水流过感应线圈时，海水会切割电磁海流计的磁力线，从而影响感应线圈产生的感应电动势，根据电动势和海流流动速度的关系推导出海流的相关数据。然而，电磁海流计安装在浮标上，海流计的探头并不是时刻都垂直向下的，由于海面风和波浪的作用，浮标会不停晃动，带动电磁海流计的姿态不断发生变化。
3、专利cn 219284304 u设计了一种电磁海流计校准试验装置，在行车结构上安装驱动电机，电机驱动带动行车在水池上面的导轨上运动，行车底部连接标准海流计和被校海流计，通过行车的直线运动和旋转电机的转动实现电磁海流计的流速和流向的校准。该种校准方法虽然可以在一定程度上实现流速流向的标定及校准，但适应性较差，仅适用于在固定平台使用的电磁海流计。专利cn 219285214 u公开了一种使用六个电极的电磁海流传感器，可以实现三维海流的测量，并具备姿态补偿功能，有助于提高海流的测量精度。但当电磁海流计搭载在浮标、auv、rov等动平台使用时
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种电磁海流计标定及姿态校正方法，以达到提高电磁海流计姿态修正精度的目的。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种电磁海流计标定及姿态校正方法，包括如下步骤：
4、步骤1，将待标定电磁海流计通过旋转支架垂直安装在行车底部，将标准电磁海流计通过固定支架垂直安装在行车底部，将待标定电磁海流计和标准电磁海流计的探头伸入到水槽的水中，且伸入水中的深度相等；
5、步骤2，控制旋转支架调整待标定电磁海流计不同的水平旋转角度和竖直倾斜角度，角度调整完成后，通过桁架带动行车沿着水槽的长度方向进行移动，重复操作得到待标定电磁海流计在不同速度下不同水平角度和倾斜角度下的测量数据，同时得到标准电磁海流计在不同速度下垂直角度下的测量数据；
6、步骤3，将测量数据输入gapso-bp神经网络，待标定电磁海流计的测量数据作为输入，标准电磁海流计的测量数据作为输出，进行流速流向姿态校正模型的训练，得到标定后的电磁海流计；
7、步骤4，将标定后的电磁海流计搭载在海上运动平台上，将其实测数据输入训练后的模型中，模型输出姿态校正后的流速和流向。
8、上述方案中，所述旋转支架包括与行车连接的两个固定板，两个固定板之间通过转轴竖直安装有旋转位移台一，所述转轴一端连接步进电机一，所述旋转位移台一侧面连接安装底板，所述安装底板上固定有待标定电磁海流计；两个固定板上端安装于水平设置的旋转位移台二上，所述旋转位移台二与步进电机二连接。
9、上述方案中，步骤2的测量过程如下：
10、(1)控制步进电机一工作，步进电机一控制旋转位移台一旋转1°，待旋转位移台一旋转到位后，步进电机一停止工作；
11、(2)控制步进电机二工作，步进电机二控制旋转位移台二旋转5°，待旋转位移台二旋转到位后，步进电机二停止工作；
12、(3)启动行车，行车带动待标定电磁海流计和标准电磁海流计分别以不同的速度在静水中运动，同步记录待标定电磁海流计和标准电磁海流计的测量数据；
13、(4)步骤(3)完成后，行车停止运动，使旋转位移台二分别旋转到10°、15°、…直到360°，每次增加5°，重复步骤(3)，完成不同速度下的行车运动，记录待标定电磁海流计和标准电磁海流计的测量数据；
14、(5)步进电机二控制旋转位移台二回到0°位置，控制步进电机一使旋转位移台一旋转2°，然后重复步骤(2)-(4)；
15、(6)控制步进电机一使旋转位移台一旋转3°，重复步骤(5)，每次增加1°，直到控制旋转位移台一旋转到90°，同步记录整个过程下待标定电磁海流计和标准电磁海流计的测量数据。
16、上述方案中，待标定电磁海流计的测量数据包括电极测量的海流东向流速、海流北向流速、海流天向流速，姿态测量单元输出的载体东向速度、载体北向速度、载体天向速度，以及载体俯仰角、载体横滚角、载体方位角和东向磁强度、北向磁强度、天向磁强度；标准电磁海流计的测量数据包括海流东向流速、海流北向流速和流向。
17、上述方案中，测量数据采集后，首先进行归一化处理，计算公式如下：
18、
19、其中，xmin、xmax分别为训练数据集中的最大值与最小值，x为归一化后的数据。
20、上述方案中，所述gapso-bp神经网络包括输入层、隐藏层和输出层；输入层包括载体东向速度vx、载体北向速度vy、载体天向速度vz、载体俯仰角α、载体横滚角β、载体方位角γ、东向磁强度bx、北向磁强度by、天向磁强度bz、海流东向流速vx1、海流北向流速vy1、海流天向流速vz1，隐藏层设置5个节点，输出层包含姿态校正后的海流东向流速vu、海流北向流速vv和流向θ。
21、上述方案中，归一化处理后的数据作为模型输入xin,xin＝(vx；vy；vz；α；β；γ；bx；by；bz；vx1；vy1；vz1)；模型输出记为yout，yout＝(vu；vv；θ)；xin与yout的关系为：
22、yout＝who*tanh(wih*xin+bh)+bo
23、其中，who为隐藏层与输出层之间的权值矩阵，大小为3*5；wih为输出层与隐藏层之间的权值矩阵，大小为5*12；bh为隐藏层的域值矩阵，大小为5*1；bo为输出层的域值矩阵，大小为3*1；tanh函数的表达式为：
24、
25、通过上述技术方案，本专利技术提供的一种电磁海流计标定及姿态校正方法具有如下有益效果：
26、本专利技术针对电磁海流计应用在运动平台中，由于载体运动导致海水切割磁力线变化导致的流速流向测量偏差，提出一种三维电磁海流计标定实验方法，并通过神经网络建立电磁海流计姿态校正模型，抑制切割磁力线强度非线性变化导致的流速流向测量误差，可以使电磁海流计运用在海洋浮标等运动平台，提高运动平台海流测量的准确性，有效提高电磁海流计的环境适应性。
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1.一种电磁海流计标定及姿态校正方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种电磁海流计标定及姿态校正方法，其特征在于，所述旋转支架包括与行车连接的两个固定板，两个固定板之间通过转轴竖直安装有旋转位移台一，所述转轴一端连接步进电机一，所述旋转位移台一侧面连接安装底板，所述安装底板上固定有待标定电磁海流计；两个固定板上端安装于水平设置的旋转位移台二上，所述旋转位移台二与步进电机二连接。
3.根据权利要求1所述的一种电磁海流计标定及姿态校正方法，其特征在于，步骤2的测量过程如下：
4.根据权利要求1所述的一种电磁海流计标定及姿态校正方法，其特征在于，待标定电磁海流计的测量数据包括电极测量的海流东向流速、海流北向流速、海流天向流速，姿态测量单元输出的载体东向速度、载体北向速度、载体天向速度，以及载体俯仰角、载体横滚角、载体方位角和东向磁强度、北向磁强度、天向磁强度；标准电磁海流计的测量数据包括海流东向流速、海流北向流速和流向。
5.根据权利要求1所述的一种电磁海流计标定及姿态校正方法，其特征在于，测量数据采集后，首先进行归
6.根据权利要求1所述的一种电磁海流计标定及姿态校正方法，其特征在于，所述GAPSO-BP神经网络包括输入层、隐藏层和输出层；输入层包括载体东向速度VX、载体北向速度VY、载体天向速度VZ、载体俯仰角α、载体横滚角β、载体方位角γ、东向磁强度BX、北向磁强度BY、天向磁强度BZ、海流东向流速VX1、海流北向流速VY1、海流天向流速VZ1，隐藏层设置5个节点，输出层包含姿态校正后的海流东向流速Vu、海流北向流速Vv和流向θ。
7.根据权利要求6所述的一种电磁海流计标定及姿态校正方法，其特征在于，归一化处理后的数据作为模型输入XIN,XIN＝(VX；VY；VZ；α；β；γ；BX；BY；BZ；VX1；VY1；VZ1)；模型输出记为YOUT，YOUT＝(Vu；Vv；θ)；XIN与YOUT的关系为：
...【技术特征摘要】
1.一种电磁海流计标定及姿态校正方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种电磁海流计标定及姿态校正方法，其特征在于，所述旋转支架包括与行车连接的两个固定板，两个固定板之间通过转轴竖直安装有旋转位移台一，所述转轴一端连接步进电机一，所述旋转位移台一侧面连接安装底板，所述安装底板上固定有待标定电磁海流计；两个固定板上端安装于水平设置的旋转位移台二上，所述旋转位移台二与步进电机二连接。
3.根据权利要求1所述的一种电磁海流计标定及姿态校正方法，其特征在于，步骤2的测量过程如下：
4.根据权利要求1所述的一种电磁海流计标定及姿态校正方法，其特征在于，待标定电磁海流计的测量数据包括电极测量的海流东向流速、海流北向流速、海流天向流速，姿态测量单元输出的载体东向速度、载体北向速度、载体天向速度，以及载体俯仰角、载体横滚角、载体方位角和东向磁强度、北向磁强度、天向磁强度；标准电磁海流计的测量数据包括海流东向流速、海流北向...
【专利技术属性】
技术研发人员：张可可，张海东，杨英东，吴玉尚，刘世萱，付晓，杨祥龙，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：
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