一種提高磁通門測角精度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及提高磁通門測角精度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁通門磁力儀是一種測量磁場的傳感器，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理設(shè)計而成，一 般采用坡莫合金作為磁芯。磁通門磁力儀能夠測定正交三軸的磁場值，屬于矢量磁力儀。
[0003] 在航磁補(bǔ)償?shù)倪^程中，通常需要在飛機(jī)平臺上安裝磁通門磁力儀，利用磁通門磁 力儀，可以求得磁通門磁力儀三個軸向，也即飛機(jī)平臺的三個軸向與地磁場方向夾角的方 向余弦，這在航磁補(bǔ)償中起著關(guān)鍵的作用。
[0004] 設(shè)磁通門磁力儀采集到某處磁感應(yīng)強(qiáng)度為（Bx，By，B z)τ，計算可得測得磁場在磁通 門三軸所構(gòu)成坐標(biāo)系的方向余弦：
[0008] 然而，受磁通門本身的測量精度所限，角度測量也存在一定的誤差，在精度需求較 高的實際應(yīng)用中往往容易產(chǎn)生一定的阻礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)受磁通門本身的測量精度所限，角度測量也存 在一定的誤差，導(dǎo)致磁通門測角精度低的問題，而提出一種提高磁通門測角精度的方法。
[0010] -種提高磁通門測角精度的方法，包括以下步驟：
[0011] 步驟一、獲得某一時刻磁通門磁力儀輸出的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量反與當(dāng)前陀螺儀輸出 的三個偏轉(zhuǎn)角（α，β，γ );
[0012] 步驟二、根據(jù)步驟一中的（α，β，γ)，計算地面坐標(biāo)系與運動平臺坐標(biāo)系之間的 旋轉(zhuǎn)矩陣M ;
[0013] 步驟三、根據(jù)地磁場在地面坐標(biāo)系下的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量7石，獲得地磁場在地面坐 標(biāo)系下的方向；
[0014] 步驟四、根據(jù)步驟二中地面坐標(biāo)系與運動平臺坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣M和步驟三 中地磁場在地面坐標(biāo)系下的方向，計算出地磁場在運動平臺坐標(biāo)系下的方向
[0015] 步驟五、根據(jù)步驟四計算出的地磁場在運動平臺坐標(biāo)系下的方向U十算地磁場 與運動平臺坐標(biāo)系各軸之間夾角的方向余弦值cos X、cos Y、cos Ζ，記cos X為ap cos Y 為 bp cos Z 為 C1;
[0016] 步驟六、根據(jù)步驟一中獲得某一時刻磁通門磁力儀輸出的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量得 出直接通過磁通門磁力儀得出的磁場在磁通門三軸所構(gòu)成坐標(biāo)系的方向余弦值cos X、cos Y、cos Z，記 cos X 為 a2, cos Y 為 b2, cos Z 為 c2;
[0017] 步驟七、融合ap bp (^與a 2, b2, C2，得出通過陀螺儀計算出地磁場與運動平臺坐標(biāo) 系各軸之間夾角的方向余弦值融合直接通過磁通門磁力儀得出的磁場在磁通門三軸所構(gòu) 成坐標(biāo)系的方向余弦值。
[0018] 本發(fā)明具有以下有益效果
[0019] 本發(fā)明所提出的方法能夠通過陀螺儀計算出地磁場與運動平臺坐標(biāo)系軸向夾角 的余弦值，并融合通過磁通門磁力儀直接算得的地磁場與運動平臺坐標(biāo)系軸向夾角的余弦 值，從而提高測算精度，精度提高了 22%以上。在航磁補(bǔ)償技術(shù)中有一定的應(yīng)用價值，從而 在航磁測量、地質(zhì)勘探、物探等領(lǐng)域有一定應(yīng)用空間。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明流程圖；
[0021] 圖2為磁通門磁力儀坐標(biāo)系示意圖，X，Y，Z分別代表磁通門磁力儀自身坐標(biāo)系的 三個坐標(biāo)軸；
[0022] 圖3為運動平臺（以飛機(jī)示意）坐標(biāo)系示意圖，與圖1中的磁通門磁力儀坐標(biāo)系 重合，因此坐標(biāo)軸仍用X，Y，Z表示，X，Y，Z為運動平臺坐標(biāo)系，其中，He表示地磁場，Φ表 示地磁傾角，Θ表示地磁偏角，N表示地磁場在運動平臺所處平面上的投影，x，y，z分別表 示X，Y，Z軸與地磁場之間的夾角；
[0023] 圖4為地面坐標(biāo)系示意圖，Xt，Yt，Zt分別表示地面坐標(biāo)系的三個正交坐標(biāo)軸；
[0024] 圖5為一組5081個數(shù)據(jù)點經(jīng)過本發(fā)明算法運算后得出的結(jié)果與真實余弦值做差 后的均值示意圖，attitude指的是單純應(yīng)用陀螺儀計算的余弦值結(jié)果與真實余弦值結(jié)果之 差的均值在X，Y，Z三個軸上的值，F(xiàn)luxgate指的是單純應(yīng)用磁通門磁力儀計算的余弦值結(jié) 果與真實余弦值結(jié)果之差的均值在X，Y，Z三個軸上的值，應(yīng)用WLS方法（本發(fā)明）融合后得 到的余弦值結(jié)果與真實余弦值結(jié)果之差的均值在X，Y，Z三個軸上的值；X_axis，Y_axis，Ζ_ axis指的是三個軸向上的余弦值結(jié)果與真實余弦值結(jié)果之差的均值。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0025] 一：結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的一種提高磁通門測角 精度的方法具體是按照以下步驟制備的：
[0026] 步驟一、獲得某一時刻磁通門磁力儀輸出的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量氧與當(dāng)前陀螺儀輸出 的三個偏轉(zhuǎn)角（α，β，γ );
[0027] 步驟二、根據(jù)步驟一中的（α，β，γ)，計算地面坐標(biāo)系與運動平臺坐標(biāo)系之間的 旋轉(zhuǎn)矩陣M ;
[0028] 步驟三、根據(jù)地磁場在地面坐標(biāo)系下的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量77卩，獲得地磁場在地面坐 標(biāo)系下的方向；
[0029] 步驟四、根據(jù)步驟二中地面坐標(biāo)系與運動平臺坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣M和步驟三 中地磁場在地面坐標(biāo)系下的方向，計算出地磁場在運動平臺坐標(biāo)系下的方向/V ;
[0030] 步驟五、根據(jù)步驟四計算出的地磁場在運動平臺坐標(biāo)系下的方向A，汁算地磁場 與運動平臺坐標(biāo)系各軸之間夾角的方向余弦值cos X、cos Y、cos Z，記cos X為ap cos Y 為 bp cos Z 為 C1;
[0031] 步驟六、根據(jù)步驟一中獲得某一時刻磁通門磁力儀輸出的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量義得 出直接通過磁通門磁力儀得出的磁場在磁通門三軸所構(gòu)成坐標(biāo)系的方向余弦值COS X、COS Yn cos Z，記 cos X 為 a2, cos Y 為 b2, cos Z 為 c2;
[0032] 步驟七、融合ap bp (^與a 2, b2, C2，得出通過陀螺儀計算出地磁場與運動平臺坐標(biāo) 系各軸之間夾角的方向余弦值融合直接通過磁通門磁力儀得出的磁場在磁通門三軸所構(gòu) 成坐標(biāo)系的方向余弦值。
【具體實施方式】 [0033] 二：本實施方式與一不同的是：所述步驟一中獲 得某一時刻磁通門磁力儀輸出的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量 < 與當(dāng)前陀螺儀輸出的三個偏轉(zhuǎn)角 (α，β，γ);具體過程為：
[0034] 在同時搭載了磁通門磁力儀與陀螺儀的運動平臺（通常在航磁測量的過程中，該 平臺是固定翼飛機(jī)）運動至某一狀態(tài)時，磁通門磁力儀會測量其所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度， 并以矢量形式給出相應(yīng)的測量結(jié)果，設(shè)為反=f/i.，β,, β Υ，其中Bx、By、Bz*別表示以磁通 門磁力儀所處位置為中心，以其（磁通門磁力儀）自身正交方向為軸向構(gòu)建的三維坐標(biāo)系 中每個軸向的磁感應(yīng)強(qiáng)度；T為矩陣轉(zhuǎn)置；該坐標(biāo)系如圖2所示，由于磁通門磁力儀安裝在 運動平臺上，磁通門磁力儀三軸與運動平臺坐標(biāo)系三軸一致，運動平臺坐標(biāo)系如圖3所示 (用飛機(jī)示意）。在運動平臺不做偏轉(zhuǎn)機(jī)動的情況下，運動平臺坐標(biāo)系與地面坐標(biāo)系（如圖 4所示）是重合的，假設(shè)在此時刻，運動平臺做出機(jī)動，陀螺儀產(chǎn)生一個運動平臺相對于地 面坐標(biāo)系的偏轉(zhuǎn)角，設(shè)為（α，β，γ)，其中α表示運動平臺繞地面坐標(biāo)系Z軸旋轉(zhuǎn)的角度， β表示運動平臺繞地面坐標(biāo)系Y軸旋轉(zhuǎn)的角度，γ表示運動平臺繞地面坐標(biāo)系X軸旋轉(zhuǎn)的 角度。
[0035] 其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一相同。
【具體實施方式】 [0036] 三：本實施方式與一或二不同的是：所述步驟二中根 據(jù)步驟一中的（α，β，γ)，計算地面坐標(biāo)系與運動平臺坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣Μ;具體過 程為：
[0037] 在步驟一中，運動平臺做出機(jī)動時，運動平臺坐標(biāo)系將相對地面坐標(biāo)系發(fā)生偏 轉(zhuǎn)；
[0038] 依據(jù)飛行動力學(xué)理論，運動平臺繞其（運動