[发明专利]一种考虑飞机非刚性以及极化电流因素的航空磁补偿方法

权利要求书

1.一种考虑飞机非刚性以及极化电流因素的航空磁补偿方法，其特征在于，所述航空磁补偿方法包括以下步骤：

1)建立经典的磁补偿T-L模型：

以飞机平台建立坐标系，建立经典的磁补偿T-L模型，得到飞机平台产生的干扰磁场B_TL(t)：

其中，a_i为飞机永久干扰磁场的补偿系数，b_i,j为飞机感应干扰磁场的补偿系数，c_i,j为飞机涡流干扰磁场的补偿系数，u_i(t)和u_j(t)为飞机平台坐标系与地磁场的方向余弦u(t)的分量，i＝1,2,3，j＝1,2,3，在飞机平台坐标系下分别为x、y和z轴，把它们展开写为u₁(t)＝cosX，u₂(t)＝cosY，u₃(t)＝cosZ，其中X、Y和Z分别为飞机平台坐标系x、y和z轴与地磁场的夹角，cosX、cos Y和cosZ表达式分别如下：

其中，B₁(t)、B₂(t)和B₃(t)分别为在t时刻三分量磁通门磁力仪测量的沿飞机平台坐标系x、y和z轴的地磁场测量值；

2)建立飞机平台干扰磁场模型：

经典的T-L模型是在飞机平台为刚体这个基本假设条件建立的，但是飞机在转弯和做机动动作的时候，方向舵、升降舵和副翼这些活动部件发生了状态变化，机翼发生了弯曲，因此飞机在做机动动作的时候不能看成是一个理想刚体，当飞机在做侧滚、俯仰和偏航机动动作时，飞机的结构状况采用运动状态参数来描述，飞机平台坐标系下地磁场的方向余弦u(t)能够描述整体的飞机姿态，但是不能描述具体的各个活动部件的状态；

a)以飞机平台坐标系下地磁场的方向余弦的微分反映活动部件的运动状态，把式(1)中的补偿系数写成u(t)和的泛函：

b)将补偿系数以近似的线性化表示为：

a_i⁽⁰⁾，b_i,j⁽⁰⁾和c_i,j⁽⁰⁾分别表示补偿系数a_i、b_i,j和c_i,j的常数项分量，a_i,j⁽¹⁾为补偿系数a_i关于u_j(t)的线性系数，b_i,j,k⁽¹⁾为补偿系数b_i,j关于u_k(t)的线性系数，c_i,j,k⁽¹⁾为补偿系数c_i,j关于u_k(t)的线性系数；a_i,j⁽²⁾为补偿系数a_i关于的线性系数，b_i,j,k⁽²⁾为补偿系数b_i,j关于的线性系数；

c)建立飞机平台干扰磁场模型，得到修改补偿系数之后飞机平台产生的干扰磁场B_coe(t)：

其中，d_i,j,k为飞机主体感应磁场与活动部件永久磁场的耦合的补偿系数，g_i,j,k为感应磁场与活动部件涡流磁场的耦合的补偿系数；

3)建立三分量磁通门磁力仪误差模型的磁补偿模型：

三分量磁通门磁力仪存在非正交性和零漂问题，地磁场的真实值为：

其中，为磁通门磁力仪测量的沿飞机平台坐标系x、y和z轴的地磁场真实值，为修正矩阵标记为w，该矩阵是未知的，用来修正磁通门存在的非正交性问题，为误差向量，也是未知的向量，用来修正三分量磁通门磁力仪存在的零漂问题；

将式(4)写成简洁形式为：因此在飞机平台坐标系下，修正后的飞机平台坐标系下地磁场的方向余弦表示为：

其中，σ(t)为时间缓变误差函数，W(t)表示为不同时刻t的修正矩阵；将代入式(1)，且是对W(t)的微分，整理后得到包括修正磁通门数据建立的磁补偿模型，得到修正磁通门数据后飞机平台产生的干扰磁场B_cal(t)：

其中，a′_i为修正后的永久磁场的补偿系数，b′_i,j为修正后的感应磁场的补偿系数，c′_i,j为修正后的涡流磁场的补偿系数，h_i为由磁通门零漂和非正交性导致的磁干扰的补偿系数，β(t)是随时间变化的一次函数；

由于飞机的运动姿态也是随时间变化的，因此对式(5)中的修正后的永久磁场的补偿系数a′_i、修正后的感应磁场的补偿系数b′_i,j和修正后的涡流磁场的补偿系数c′_i,j进行与式(2)形式一致的线性展开，再与式(5)合并之后得到通过校准磁通门数据和改变补偿系数形式而建立的飞机干扰磁场模型，得到通过校准磁通门数据和改变补偿系数形式之后飞机平台产生的干扰磁场B_interference(t)：

其中，h_i为由磁通门零漂和非正交性导致的磁干扰的补偿系数；

4)得到极化电流产生的干扰磁场：

在环境场中，不仅有磁场还有电场，经典的磁补偿T-L模型里并未考虑到环境电场产生的极化电流因素，因此忽略了极化电流产生的一部分干扰磁场；

海洋上空的环境电场E_env(r,t)为垂直指向海面的，则E₀为环境电场的大小，e(t)为环境电场方向，表示垂直指向海面的方向向量；

为由整体的飞机姿态组合成的矩阵，整体的飞机姿态以飞机平台坐标系下地磁场的方向余弦u(t)表示，因此把写成关于u(t)的函数，于是把e(t)用u(t)来表示：e(t)＝e(u(t))；

环境电场E_env(r,t)使飞机的金属机壳产生正比于的极化电流，这个极化电流产生的干扰磁场B_ele(t)表示为：

其中，为环境电场方向e(t)的微分，为环境电场方向的微分的j分量，为极化电流的系数，j＝1,2,3，表达为：

其中，α_j为常数项系数，β_j,k为一次项系数，γ_j,k,l为二次项系数，M_i,j为极化电流产生的干扰磁场系数，将该表达式与极化电流产生的干扰磁场结合，得到极化电流产生的干扰磁场B_ele(t)：

其中，σ_i,k为极化电流磁场干扰的补偿系数，τ_i,k,l为飞机感应磁场与极化电流磁场的耦合的干扰磁场的补偿系数；

5)对地磁场进行补偿：

采用国际地磁参考场IGRF，用IGRF模型算出地磁场值后，再用光泵磁力仪测量的磁场值减去地磁场值，得到补偿掉地磁场后的剩余干扰磁场值；

6)建立光泵磁力仪的方向误差：

在实际实验中，会用到光泵磁力仪测量的总磁场，光泵磁力仪测量的总磁场都存在方向误差磁场，因此分别建立单光系或多光系光泵磁力仪的方向误差B_h(t)；

7)建立最终的飞机平台磁干扰模型：

将光泵磁力仪的方向误差加入到通过校准磁通门数据、改变补偿系数形式和增加极化电流磁场而建立的飞机干扰磁场模型中，建立最终的飞机平台磁干扰模型，得到最终的飞机干扰磁场B_f(t)：

B_f(t)＝B_interference(t)+B_ele(t)+B_h(t)

上式简化为：

B_f(t)＝A(t)*N (7)

其中，A(t)为飞机平台坐标系下地磁场的方向余弦组成的基函数矩阵，N为待求的磁补偿系数向量；

8)使用总体最小二乘方法求解出磁补偿系数向量；

9)将求解出的磁补偿系数向量，用于飞机平台的实时补偿。