本發(fā)明涉及磁干擾補(bǔ)償，尤其涉及一種基于時(shí)變磁干擾模型的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)磁補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

1、磁異常探測(cè)技術(shù)主要通過運(yùn)動(dòng)平臺(tái)安裝磁力儀測(cè)量磁性目標(biāo)引起的地磁場(chǎng)變化來獲取目標(biāo)信息，具有隱蔽性好、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，在軍事、地質(zhì)勘探、人道救援、地磁導(dǎo)航等諸多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。受運(yùn)動(dòng)平臺(tái)磁性材料的影響，磁場(chǎng)測(cè)量不可避免存在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)磁干擾，因此，高精度磁補(bǔ)償技術(shù)是提升磁異常探測(cè)能力的關(guān)鍵。

2、目前的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)磁補(bǔ)償技術(shù)大多基于tolles和lawson提出的t-l模型展開研究，t-l模型將平臺(tái)磁干擾分為三類：剩余磁場(chǎng)、感應(yīng)磁場(chǎng)和渦流磁場(chǎng)，并給出了三類磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。磁補(bǔ)償過程根據(jù)工作模式的不同可分為校準(zhǔn)模式和補(bǔ)償模式，校準(zhǔn)模式下，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過完成規(guī)定的機(jī)動(dòng)動(dòng)作獲取采集數(shù)據(jù)，通過磁干擾模型解算方法求解補(bǔ)償系數(shù)；補(bǔ)償模式下，根據(jù)求解的補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行干擾磁場(chǎng)補(bǔ)償。

3、由于傳統(tǒng)t-l模型解算時(shí)，假定校準(zhǔn)區(qū)域的地磁場(chǎng)為恒定磁場(chǎng)，求解的補(bǔ)償系數(shù)為時(shí)不變系數(shù)，因此，傳統(tǒng)校準(zhǔn)方式求解的補(bǔ)償系數(shù)只能在一定范圍的區(qū)域有效，當(dāng)更換任務(wù)區(qū)域，需重新完成規(guī)定的機(jī)動(dòng)動(dòng)作獲取新的補(bǔ)償系數(shù)，并且為滿足地磁場(chǎng)恒定要求，航空磁測(cè)一般要求校準(zhǔn)飛行高度在2000米以上。受運(yùn)動(dòng)平臺(tái)續(xù)航能力、任務(wù)即時(shí)性等多樣化場(chǎng)景限制，傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方式難以滿足不同區(qū)域補(bǔ)償系數(shù)快速調(diào)整的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提出了一種基于時(shí)變磁干擾模型的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)磁補(bǔ)償方法，能夠滿足不同區(qū)域補(bǔ)償系數(shù)快速調(diào)整的需求。

2、本發(fā)明提供基于時(shí)變磁干擾模型的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)磁補(bǔ)償方法，包括：

3、步驟1、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在校準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)按照規(guī)定路線和動(dòng)作做機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行磁場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)安裝有光泵磁力儀和矢量磁力儀；

4、步驟2、建立運(yùn)動(dòng)平臺(tái)坐標(biāo)系，假設(shè)校準(zhǔn)區(qū)域地磁場(chǎng)為恒定值，建立經(jīng)典的磁補(bǔ)償t-l模型：

5、

6、其中，bd為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)磁干擾，是通過光泵磁力儀測(cè)量的磁場(chǎng)值減去地磁場(chǎng)值得到的，pi、aij、bij分別為剩余磁場(chǎng)、感應(yīng)磁場(chǎng)、渦流磁場(chǎng)的磁補(bǔ)償系數(shù)，ui和uj為地磁場(chǎng)在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)坐標(biāo)系中三個(gè)坐標(biāo)軸的方向余弦u的分量，i＝1,2,3，j＝1,2,3，在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)坐標(biāo)系下分別為x、y和z軸，把它們展開寫為u1＝cosx,u2＝cosy,u3＝cosz，其中x、y和z分別為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)坐標(biāo)系x、y和z軸與地磁場(chǎng)的夾角，cosx、cosy和cosz表達(dá)式分別如下：

7、

8、其中，bx、by和bz分別為矢量磁力儀測(cè)量的沿運(yùn)動(dòng)平臺(tái)坐標(biāo)系x、y和z軸的地磁場(chǎng)測(cè)量值；

9、步驟3、利用最小二乘、遞推最小二乘或自適應(yīng)方法計(jì)算磁補(bǔ)償系數(shù)pi、aij、bij的初始值，并計(jì)算補(bǔ)償后校準(zhǔn)區(qū)域的平均磁場(chǎng)值

10、步驟4、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在飛往任務(wù)區(qū)域的航路上按照設(shè)定的路線和動(dòng)作做機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行磁場(chǎng)數(shù)據(jù)采集；

11、步驟5、將經(jīng)典的磁補(bǔ)償t-l模型中的時(shí)變部分與時(shí)不變部分進(jìn)行分解，得到時(shí)變磁干擾模型：

12、

13、其中，為第m個(gè)采樣時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)磁干擾，pi、為時(shí)不變系數(shù)，為隨運(yùn)動(dòng)時(shí)間變化的地磁場(chǎng)，為時(shí)變系數(shù)；

14、步驟6、根據(jù)步驟2得到的磁補(bǔ)償系數(shù)pi、aij、bij的初始值和補(bǔ)償后校準(zhǔn)區(qū)域的平均磁場(chǎng)值計(jì)算時(shí)變磁干擾模型的系數(shù)初始值pi、計(jì)算公式如下：

15、

16、其中，為任務(wù)區(qū)域磁干擾模型系數(shù)解算起始點(diǎn)的光泵磁力儀觀測(cè)值；

17、步驟7、由于采集數(shù)據(jù)中相鄰采樣點(diǎn)間的距離大多為米或亞米量級(jí)，這里認(rèn)為相鄰采樣點(diǎn)的地磁場(chǎng)不變，因此則時(shí)變磁干擾模型可表示為：

18、

19、步驟8、利用遞推最小二乘法或遞推最小二乘法的其他衍生算法進(jìn)行時(shí)變磁干擾模型的磁補(bǔ)償系數(shù)pi,的優(yōu)化；

20、步驟9、根據(jù)磁補(bǔ)償系數(shù)解算結(jié)果進(jìn)行運(yùn)動(dòng)平臺(tái)磁干擾補(bǔ)償，并在下次任務(wù)區(qū)域切換時(shí)將初始系數(shù)或上次任務(wù)優(yōu)化的系數(shù)作為初值進(jìn)行適應(yīng)性優(yōu)化。

21、采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

22、本發(fā)明將磁干擾補(bǔ)償任務(wù)分解為研制階段與任務(wù)階段，研制階段通過傳統(tǒng)校準(zhǔn)方式獲取磁干擾模型磁補(bǔ)償系數(shù)初值，任務(wù)階段將磁干擾模型磁補(bǔ)償系數(shù)分解為時(shí)變系數(shù)與時(shí)不變系數(shù)兩部分，不需要通過傳統(tǒng)校準(zhǔn)方式進(jìn)行高空機(jī)動(dòng)，在飛往任務(wù)區(qū)域的航路上，通過簡(jiǎn)單機(jī)動(dòng)飛行并結(jié)合遞推算法，實(shí)現(xiàn)磁干擾模型磁補(bǔ)償系數(shù)的快速優(yōu)化。該方法減小了傳統(tǒng)校準(zhǔn)飛行的復(fù)雜度，提升了磁干擾補(bǔ)償在不同任務(wù)區(qū)域磁補(bǔ)償系數(shù)的優(yōu)化速度，對(duì)續(xù)航能力受限、任務(wù)即時(shí)性要求較高的多樣化場(chǎng)景具備更好的適應(yīng)能力。

技術(shù)特征：

1.一種基于時(shí)變磁干擾模型的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)磁補(bǔ)償方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于時(shí)變磁干擾模型的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)磁補(bǔ)償方法，將磁干擾補(bǔ)償任務(wù)分解為研制階段與任務(wù)階段，研制階段通過傳統(tǒng)校準(zhǔn)方式獲取磁干擾模型磁補(bǔ)償系數(shù)初值，任務(wù)階段將磁干擾模型磁補(bǔ)償系數(shù)分解為時(shí)變系數(shù)與時(shí)不變系數(shù)兩部分，不需要通過傳統(tǒng)校準(zhǔn)方式進(jìn)行高空機(jī)動(dòng)，在飛往任務(wù)區(qū)域的航路上，通過簡(jiǎn)單機(jī)動(dòng)飛行并結(jié)合遞推算法，實(shí)現(xiàn)磁干擾模型磁補(bǔ)償系數(shù)的快速優(yōu)化。該方法減小了傳統(tǒng)校準(zhǔn)飛行的復(fù)雜度，提升了磁干擾補(bǔ)償在不同任務(wù)區(qū)域磁補(bǔ)償系數(shù)的優(yōu)化速度，對(duì)續(xù)航能力受限、任務(wù)即時(shí)性要求較高的多樣化場(chǎng)景具備更好的適應(yīng)能力。

技術(shù)研發(fā)人員：史鈺峰,宋曉林,任文冠,肖婷,高爽,曲亞楠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東航天電子技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19