用于地磁要素测量系统的非对准误差校正方法

摘要

一种用于地磁要素测量系统的非对准误差校正方法，流程为：①设置直角型台面，建立直角型台面的基准坐标系；②将地磁要素测量系统的磁传感器和加速度计一体封装于一个无磁正六面体内，将该无磁正六面体的两个面贴紧直角型台面的两个垂直面；建立无磁正六面体的正六面体坐标系；③通过多次翻转无磁正六面体，令翻转后的无磁正六面体仍然紧靠直角型台面；④利用多次翻转过程中磁传感器与加速度计的多组测量值，通过多个非线性方程联立求解，分别计算出磁传感器的非对准误差和加速度计的非对准误差；⑤间接计算出磁传感器与惯导之间的非对准误差，对磁传感器的测量值进行非对准误差的校正。本发明具有原理简单、易实现、易操作、校正精度较高等优点。

主权项

一种用于地磁要素测量系统的非对准误差校正方法，其特征在于，具体步骤为：①设置一直角型台面，并建立直角型台面的基准坐标系；②将地磁要素测量系统的磁传感器和加速度计一体封装于一个无磁正六面体内，将该无磁正六面体的两个面贴紧直角型台面的两个垂直面；建立无磁正六面体的正六面体坐标系；在初始位置时，无磁正六面体的正六面体坐标系与直角型台面的基准坐标系一致；③通过多次翻转无磁正六面体，令翻转后的无磁正六面体仍然紧靠直角型台面；利用空间磁场矢量和重力矢量在基准坐标系中投影不变的原理，得到翻转过程中正六面体坐标系的磁场投影与基准坐标系的磁场投影之间的解析表达式；④利用多次翻转过程中磁传感器与加速度计的多组测量值，通过多个非线性方程联立求解，分别计算出磁传感器的非对准误差和加速度计的非对准误差；同时，得到磁场和重力在基准坐标系的投影值；⑤间接计算出磁传感器与惯导之间的非对准误差，并进一步对磁传感器的测量值进行非对准误差的校正；所述磁传感器采用三轴磁传感器，所述加速度计采用三轴加速度计；初始位置时，直角型台面基准坐标系与正六面体坐标系重合，磁传感器与无磁正六面体的坐标关系如下式(1)：$\left[\begin{array}{c}{m}_x\\ m_y\\ m_z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \theta \cos \Psi & -\cos \phi \sin \Psi +\sin \phi \sin \theta \sin \Psi & \sin \phi \sin \Psi +\cos \phi \sin \theta \cos \Psi \\ \cos \theta \sin \Psi & \cos \phi \cos \Psi +\sin \phi \sin \theta \sin \Psi & -\sin \phi \cos \Psi +\cos \phi \sin \theta \sin \Psi \\ -\sin \theta & \sin \phi \cos \theta & \cos \phi \cos \theta \end{array}\right]·\left[\begin{array}{c}{V}_E\\ V_N\\ V_D\end{array}\right]---\left(1\right)$其中，m_x,m_y,m_z分别是磁传感器正交坐标系三个轴的测量值；V_E,V_N,V_D分别是磁场矢量在直角型台面的基准坐标系的投影，θ,φ,Ψ分别是磁传感器到正六面体坐标系的非对准误差角；加速度计与无磁正六面体的坐标关系如下式(2)：$\left[\begin{array}{c}{g}_x\\ g_y\\ g_z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{\cos \theta }^{\prime }\cos {\Psi }^{\prime }& -\cos {\phi }^{\prime }\sin {\Psi }^{\prime }+\sin {\phi }^{\prime }\sin {\theta }^{\prime }\sin {\Psi }^{\prime }& \sin {\phi }^{\prime }\sin {\Psi }^{\prime }+\cos {\phi }^{\prime }\sin {\theta }^{\prime }\cos {\Psi }^{\prime }\\ \cos {\theta }^{\prime }\sin {\Psi }^{\prime }& \cos {\phi }^{\prime }\cos {\Psi }^{\prime }+\sin {\phi }^{\prime }\sin {\theta }^{\prime }\sin {\Psi }^{\prime }& -\sin {\phi }^{\prime }\cos {\Psi }^{\prime }+\cos {\phi }^{\prime }\sin {\theta }^{\prime }\sin {\Psi }^{\prime }\\ -\sin {\theta }^{\prime }& \sin {\phi }^{\prime }\cos {\theta }^{\prime }& \cos {\phi }^{\prime }\cos {\theta }^{\prime }\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{g}_E\\ g_N\\ g_D\end{array}\right]---\left(2\right)$其中，g_x,g_y,g_z分别是加速度计正交坐标系三个轴的测量值，g_E,g_N,g_D分别是重力矢量在直角型台面的基准坐标系的投影，θ',φ',Ψ'分别为加速度计到正六面体坐标系的非对准误差角；所述间接计算出的磁传感器与惯导之间的非对准误差为：w_x＝θ'‑θ,w_y＝φ'‑φ,w_z＝Ψ'‑Ψ；对磁传感器的测量值进行非对准误差的校正为下式(3)：$\left[\begin{array}{c}{m}_{x1}\\ m_{y1}\\ m_{z1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos w_x\cos w_z& -\cos w_y\sin w_z+\sin w_y\sin w_x\sin w_z& \sin w_y\sin w_z+\cos w_y\sin w_x\cos w_z\\ \cos w_x\sin w_z& \cos w_y\cos w_z+\sin w_y\sin w_x\sin w_z& -\sin w_y\cos w_z+\cos w_y\sin w_x\sin w_z\\ -\sin w_x& \sin w_y\cos w_x& \cos w_y\cos w_x\end{array}\right]·\left[\begin{array}{c}{m}_x\\ m_y\\ m_z\end{array}\right]---\left(3\right)$其中，m_x1,m_y1,m_z1为非对准误差校正后的磁传感器的测量值。