[发明专利]一种航空磁测信号确定方法及系统

说明书

本发明涉及磁场信号测量技术领域，具体涉及一种航空磁测信号确定方法及系统，该方法包括：获得三轴磁力计的综合测量模型；三轴磁力计设置在飞行器上，综合测量模型为三轴磁力计的误差和磁场干扰场的综合测量模型；基于成型滤波器和飞行器的最大角加速度，确定飞行器的实时角加速度；以实时角加速度为输入量，以飞行器的横滚角、俯仰角、偏航角、横滚角速度、俯仰角速度和偏航角速度为状态量，以三轴磁力计的实测磁场强度为输出量，构建飞行器的实时地磁场估计模型；利用容积卡尔曼滤波求解实时地磁场估计模型，确定状态量；根据状态量确定地磁场强度和涡流磁场强度。本发明提高了地磁场强度和涡流磁场强度测量的准确性。

技术领域

本发明涉及磁场信号测量技术领域，特别是涉及一种航空磁测信号确定方法及系统。

背景技术

磁力计广泛应用于地磁导航和制导以及磁目标检测领域。最近，三轴磁力计被广泛用于测量磁梯度张量。然而，异常场对测量过程的影响很大，应该在磁测量之前对其进行补偿。异常磁场的标定包括畸变模型的构建和实时背景磁场的估计两个步骤。

地磁异常场的构建并不是一个新问题。经典方法主要基于标量补偿来实现。椭球拟合方法已广泛应用于磁畸变场补偿。这些方法实现了以地球磁场为基础的校准调整，通常由光泵磁力计或高精度质子磁力计测量。在标量补偿过程中只需要磁场的标量值。磁力计姿态的知识不是必需的，这导致在标量测量中存在一些不可观察的部分。

矢量补偿方法需要了解磁力计姿态和所有相关组件的干扰。庞等人提出了一种结合三轴磁力计、惯性系统(INS)和全球定位系统(GPS)的矢量补偿方法。但是，这种方法仅在测量条件为静态时有效。为了解决动态测量和补偿问题，有研究人员考虑将Tolles-Lawson方程应用于飞机磁场补偿，利用飞机姿态知识计算磁场强度补偿结果。然而，测量参数的有效估计是难以实现的。

另外，在地磁导航领域，飞机高速移动时涡流磁场的影响也不容忽视。因此，在构建畸变模型时应考虑涡流磁场的影响。Pang考虑了一种磁补偿模型，不仅包括磁力计误差，还包括磁畸变，其中还包含涡流磁场。然而，仅计算异常场的模量来补偿总场，导致实时磁强矢量信息的丢失。Li提出了一种基于Rauch-Tung-Striebel(R-T-S)固定区间平滑法和奇异值分解(SVD)的异常场补偿方法，有助于提高动态环境下的磁测量精度。这些方法有助于在动态环境条件下构建更精确的畸变模型。然而，涡流磁场与磁场强度的导数是相关的，尤其是在随机噪声存在的情况下很难进行准确的计算。因此，在异常场模型中考虑涡流磁场时，很难得到真实的背景磁场。

发明内容

本发明的目的是提供一种航空磁测信号确定方法及系统，提高了地磁场强度和涡流磁场强度测量的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种航空磁测信号确定方法，包括：

获得三轴磁力计的综合测量模型；所述三轴磁力计设置在飞行器上，所述综合测量模型为三轴磁力计的误差和磁场干扰场的综合测量模型；

基于成型滤波器和所述飞行器的最大角加速度，确定所述飞行器的实时角加速度；

以实时角加速度为输入量，以所述飞行器的横滚角、俯仰角、偏航角、横滚角速度、俯仰角速度和偏航角速度为状态量，以所述三轴磁力计的实测磁场强度为输出量，构建所述飞行器的实时地磁场估计模型；

利用容积卡尔曼滤波求解所述实时地磁场估计模型，确定所述状态量；

根据所述状态量确定地磁场强度和涡流磁场强度。

可选地，所述成型滤波器表示为：