水下載體地磁三分量測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種水下載體地磁三分量測(cè)量方法，是在已知區(qū)無(wú)磁性載體搭載三分量磁力儀測(cè)量非磁異常點(diǎn)地磁三分量值，然后用有磁性載體搭載一對(duì)三分量磁力儀，求解出傳感器位置的相關(guān)參數(shù)，再按測(cè)線測(cè)量未知區(qū)帶有干擾的磁場(chǎng)三分量值，通過(guò)差分將外界干擾磁場(chǎng)差掉，根據(jù)求出的未知區(qū)域地磁場(chǎng)三分量值繪制水下地磁矢量圖。比通過(guò)衛(wèi)星測(cè)量或水面測(cè)量向下延拓的方法得到的水下地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)更具有可靠性和真實(shí)性，符合水下實(shí)地環(huán)境的地磁特性，測(cè)量數(shù)據(jù)長(zhǎng)期有效。提高了地磁場(chǎng)三分量的測(cè)量精度，加強(qiáng)了抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)了水下載體的地磁三分量精確測(cè)量。本方法適用于補(bǔ)償?shù)孛孑d體、空中載體和水下載體對(duì)地磁場(chǎng)分量測(cè)量的影響，特別是適用于載體地磁導(dǎo)航。
【專(zhuān)利說(shuō)明】水下載體地磁二分量測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種地磁場(chǎng)三分量的測(cè)量方法，是應(yīng)用在水下地磁輔助慣性導(dǎo)航技術(shù)中從載體測(cè)量磁場(chǎng)中得到地磁場(chǎng)三分量的一種方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]現(xiàn)有的慣性導(dǎo)航方法是水下載體導(dǎo)航定位的主要手段之一，它能夠在全球范圍內(nèi)不依靠任何外界信息全天時(shí)、全天候進(jìn)行連續(xù)的三維空間定位和定向，能夠完全自主的提供多種載體參數(shù)，并不向外界輻射任何信息，確保自身信息的安全性。但其導(dǎo)航誤差會(huì)隨時(shí)間進(jìn)行不斷累計(jì)，需要提供準(zhǔn)確信息和參數(shù)進(jìn)行重新標(biāo)定，現(xiàn)多采用GPS導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)對(duì)慣性導(dǎo)航的誤差進(jìn)行修正，以保證慣性導(dǎo)航系統(tǒng)長(zhǎng)期定位精度。但由于衛(wèi)星通訊的無(wú)線電波在水中快速衰減，導(dǎo)致水面下方的載體不能與衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，無(wú)法完成水下載體慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差的修正任務(wù)。針對(duì)以上問(wèn)題，目前采用地磁匹配輔助慣性導(dǎo)航方法對(duì)水下載體進(jìn)行組合導(dǎo)航，以地磁的長(zhǎng)期穩(wěn)定性來(lái)彌補(bǔ)慣性導(dǎo)航誤差隨時(shí)間累計(jì)的缺點(diǎn)，從而提高導(dǎo)航定位精度。想要在廣闊的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高效高精度的地磁場(chǎng)測(cè)量或地磁導(dǎo)航，必須要依賴于衛(wèi)星、飛機(jī)、船舶以及水下航行器等載體。而構(gòu)成載體的材料一般都是鐵磁性物質(zhì)，在外界地磁場(chǎng)的作用下不可避免的被磁化而產(chǎn)生磁矩，主要產(chǎn)生固定磁場(chǎng)和感應(yīng)磁場(chǎng)。固定磁場(chǎng)是由載體上的永磁材料產(chǎn)生的一種恒定磁場(chǎng)，認(rèn)為在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生變化。感應(yīng)磁場(chǎng)由載體上的軟鐵材料產(chǎn)生，并隨外界地磁場(chǎng)和載體姿態(tài)的變化而變化。被磁化的載體相當(dāng)于新的磁源，產(chǎn)生的 磁場(chǎng)對(duì)地磁場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)造成嚴(yán)重影響。除此之外，由于發(fā)動(dòng)機(jī)、電氣設(shè)備等其他機(jī)構(gòu)還會(huì)向外輻射低頻交流磁場(chǎng)。海底沉船，水雷或水面船只等也會(huì)產(chǎn)生部分均勻干擾磁場(chǎng)，都會(huì)對(duì)地磁傳感器的測(cè)量造成影響。
[0003]載體上地磁傳感器測(cè)量值表達(dá)式為:
[0004]Bm = A.Bg+Be+Bs+ Σ Ba+ Σ Bn (I)
[0005]其中，Bm是磁矢量傳感器三分量測(cè)量值；A是地理坐標(biāo)系與載體測(cè)量坐標(biāo)系之間的變換矩陣是地磁場(chǎng)三分量值；BK是載體的感應(yīng)磁場(chǎng)三分量值；BS是載體的固定磁場(chǎng)三分量值；Σ Ba是各種低頻交流磁場(chǎng)三分量值；ΣΒν是各種外界均勻干擾磁場(chǎng)三分量值。
[0006]各種磁場(chǎng)的特點(diǎn)分析:地磁場(chǎng)和外界均勻干擾磁場(chǎng)的梯度都很小，而水下載體的行進(jìn)速度也相對(duì)緩慢，因此可以把二者在局部每個(gè)傳感器處的測(cè)量值看做是相同的。感應(yīng)磁場(chǎng)和地磁場(chǎng)之間存在一個(gè)系數(shù)矩陣的關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.一種水下載體地磁三分量測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟: a、在已知水域選擇水下磁場(chǎng)變化平緩且周?chē)鸁o(wú)其他干擾的非磁異常點(diǎn)P作為測(cè)量中心，用無(wú)磁性的木船或橡皮艇載上三分量磁力儀，測(cè)量P處的地磁三分量值Be ； b、過(guò)濾掉低頻交流磁場(chǎng)后，去掉外界磁源干擾，得到參數(shù)求解數(shù)學(xué)模型； Bm = (E+K).A.Bg+Bs (3) C、在載體上捷聯(lián)式安裝一對(duì)磁矢量傳感器，兩磁矢量傳感器距載體前端50cm，兩磁矢量傳感器之間的距離為50cm ； d、以P點(diǎn)為中心，載體長(zhǎng)為半徑，載體繞P點(diǎn)勻速做360°運(yùn)動(dòng)，載體上除了裝有三分量磁力儀以外，還有姿態(tài)傳感器和一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集載體在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不同的姿態(tài)信息和磁矢量數(shù)據(jù)，包括縱傾角α、橫搖角Θ、航向角f以及兩個(gè)磁矢量傳感器在對(duì)應(yīng)姿態(tài)下的測(cè)量值δΙΑ? (α,θ,φ)^ B2m (αβ,φ); e、根據(jù)縱傾角α、橫搖角θ、航向角f以及兩個(gè)磁矢量傳感器在對(duì)應(yīng)姿態(tài)下的測(cè)量值Β?Μ(α,θ,φ)^?Β2Μ (αA-)求解數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建方程組； f、參數(shù)求解，求解系數(shù)矩陣K和固定磁場(chǎng)Bs； g、按測(cè)線實(shí)際測(cè)量?jī)蓚€(gè)磁矢量傳感器姿態(tài)縱傾角α、橫搖角Θ、航向角f數(shù)據(jù)和兩個(gè)磁矢量傳感器在對(duì)應(yīng)姿態(tài)下的測(cè)量值盡(α,θ,φ) I h、根據(jù)差分求解數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建方程組； i、計(jì)算機(jī)進(jìn)行地磁場(chǎng)三分量的求解計(jì)算； j、存儲(chǔ)地磁場(chǎng)三分量信息。
2.按照權(quán)利要求1所述的水下載體地磁三分量測(cè)量方法，其特征在于，步驟f所述的參數(shù)求解方法和步驟h差分求解方法: ——參數(shù)求解: A、計(jì)算機(jī)初始化； B、讀取已知區(qū)地磁場(chǎng)三分量數(shù)據(jù)； C、參數(shù)求解模式； D、讀取傳感器I旋轉(zhuǎn)后已測(cè)量數(shù)據(jù)； E、讀取傳感器II旋轉(zhuǎn)后已測(cè)量數(shù)據(jù)； F、根據(jù)測(cè)量模型求解K1和K2、Bis和B2s；
G、存儲(chǔ) K1 和 K2、Bis 和 B2s ； ——差分求解: i、差分求解模式； J、判斷姿態(tài)信息是否測(cè)量完成，否，返回，是，轉(zhuǎn)入下一步； K、同步讀取傳感器I和傳感器II的測(cè)量磁場(chǎng)值； L、依據(jù)差分計(jì)算方程求解地磁場(chǎng)三分量Be Μ、地磁場(chǎng)三分量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
【文檔編號(hào)】G01V3/40GK103926627SQ201410168697
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】趙塔, 程德福 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)