[发明专利]一种基于自适应最小二乘法的三轴磁强计十字阵列误差校正方法

说明书

本发明提供一种基于自适应最小二乘法的三轴磁强计十字阵列误差校正方法，包括如下步骤：步骤一：建立三轴磁强计的的误差模型；步骤二：可以根据在地磁场的环境下磁场的模不变来建立优化方程；步骤三：利用自适应最小二乘法解算出零偏误差，非正交误差角，标度因子误差，完成对每一个三轴磁强计的标定；步骤四：以一个磁强计为标准来计算其他磁强计的非对准误差角，完成所有磁强计的所有误差参数的标定；本发明方法可以在较少数据的情况对三轴磁强计十字阵列误差参数作出较为准确的计算。

技术领域

本发明属于三轴磁强计阵列标定技术领域，具体涉及到一种基于自适应最小二乘法的三轴磁强计十字阵列误差校正。

背景技术

地磁场具有无源无辐射、不受载体运动影响且无误差积累等优势，可以提供全天候、全地域的导航信息。根据地磁场信息可以进行很多科学活动，例如通过创建地磁图来辅助飞机等其他设备与导航定位组合进行航向修正。地磁场的精确测量十分重要，导航定位设备采用的三轴磁力计能实时测量其周围磁场信息，由地磁场计算得到的航向在无源导航定位系统的初始对准和导航解算误差抑制方面有着十分重要的作用。然而地磁匹配用的地磁场和其他干扰磁场相互耦合，这严重影响磁强计的测量精度和地磁匹配应用效果。因此磁强计及其阵列的标定和磁补偿技术是地磁应用的前提和关键技术，也是制约导航定位精度的关键因素之一。

有关三轴磁强计及其阵列的标定和磁补偿技术一直都在不断的探索前进，目前广泛使用的是两步线性校正方法(李青竹,李志宁,张英堂,范红波,尹刚.平面十字磁梯度张量系统的两步线性校正[J].仪器仪表学报,2017(9):2233:2241.)，以及基于椭球拟合的校正方法(李青竹,李志宁,张英堂,尹刚，李金朋.基于椭球拟合的磁梯度张量系统集成校正[J].中国惯性技术学报,2018(4):188-195.)。这些技术的不同之处除了建立的误差参数模型后的求解思路不一样，还有就是需不需要标准地磁场的三轴方向数值的区别。具体的表现就是参考轴的确立，两步线性法的参考轴为十字阵列架中心位置即以标准地磁场为参考坐标系，那么每一个三轴磁强计就需要计算全部的误差信息，当然计算结果误差也会比较小，和标准地磁场接近。而椭球拟合是以一个三轴磁强计为参考坐标系，这样就会少计算参考磁强计的非对准误差角度，这样虽然会增加误差，但是在某些特定环境有不错的效果，可以简化方程的复杂度。

但以上的方法都存在一些问题，以两步法的线性法为例，在建立最优化方程后，当误差参数较大时，利用最小二乘法算出的结果会出现很大误差，而且需要很多数据作为支撑，但是有时实验难以获得大量的数据。在两步法所需要的标准地磁场校准为基准的基础上，本发明提出基于自适应最小二乘法的三轴磁强计十字阵列误差校正方法来解决这个问题，仿真实验表明本方法不需要大量的数据用于校正算法更符合实际情况，而且对与误差较大的参数也有比较好的校准效果。

发明内容

本发明是一种基于自适应最小二乘法的三轴磁强计十字阵列误差校正方法的实现过程如下所述：

步骤一：根据单个三轴磁强计的系统误差建立其误差模型，根据其中的物理意义可以分为零偏误差、非正交误差角、非对准误差角、标度因子误差；再利用质子磁力仪测量出标准地磁场的模值，再根据标准地磁场模值和误差模；

步骤二：可以根据在地磁场的环境下磁场的模不变来建立优化方程；

步骤三：利用自适应最小二乘法解算出零偏误差，非正交误差角，标度因子误差，完成对每一个三轴磁强计的标定；

步骤四：以一个磁强计为标准来计算其他磁强计的非对准误差角，完成所有磁强计的所有误差参数的标定。

所述步骤一具体为：三轴磁强计的温度误差主要由磁芯温度系数造成，一般工作环境温差小且工作时间短，相比其他显著性误差，不会对三轴磁强计的测量值产生显著影响，本方法不予考虑。那么，三轴磁强计的的误差模型为(i＝1,2,3,4)：