[发明专利]捷联式三分量磁测系统中三轴磁力仪与惯导安装误差校正方法

说明书

本发明涉及一种捷联式三分量磁测系统中三轴磁力仪与惯导安装误差校正方法，将磁测数据从磁力仪姿态坐标系转换到惯导姿态坐标系；空间中两个三轴坐标系相对位置固定后，存在一个旋转矩阵可实现两坐标系间的相互转换，解决安装误差的关键在于准确求取磁力仪姿态坐标系与惯导姿态坐标系之间的旋转矩阵。本发明能准确校正三轴磁力仪与惯导之间的安装误差，弥补机械安装精度的不足；无需高精度的无磁转台，只需沿水平面旋转转台采集实验数据，易于操作；利用坐标系转换后的磁测数据所在平面与获取的辅助校正数据所在平面平行的关系构建目标函数，进而利用非线性最小二乘法快速估计出旋转矩阵，本发明方法简单有效，为三分量磁测提供了可靠的保障。

技术领域

本发明涉及一种捷联式三轴磁力仪与惯导的安装误差校正方法，尤其是对三轴磁力仪与惯导之间的姿态误差角进行校正。

技术背景

三分量磁测方法利用三分量磁测系统测量地磁场各分量磁场强度，与传统的总场测量方法相比，该方法可获取更加丰富且准确的地磁场信息，被广泛应用于诸多领域。在军事方面可以通过探测水下目标引起的三分量磁异常对其进行定位，此外地磁匹配导航成为无人机、导弹等作战平台的辅助导航手段；在矿产勘探中也可以利用三分量磁测技术对地下矿体进行探测与定位。

三分量磁测系统一般由三轴磁力仪、惯导和载体组成，惯导为三分量磁测数据提供相对应的姿态信息，其与三轴磁力仪之间的安装误差将直接影响三分量磁测精度。两者之间的安装误差主要表现为三轴磁力仪坐标系与惯导坐标系三轴未对准，即两坐标系三轴间存在偏角；受机械设备安装精度的限制，该误差很难以机械手段消除，因此需要对安装误差进行校正。

李翔等《航姿参考系统三轴磁强计校正的点积不变法》仪器仪表学报，2012，08(33)，提出了一种基于点积不变性的校正方法，该方法首先设定一个大地坐标系下的辅助矢量，然后将其与地磁场矢量作点积，最后利用两矢量的点积不变性对其进行拟合求解出误差模型中的12个参数，进而实现三轴磁强计坐标系与航姿参考系统坐标系的对准。但该方法对辅助矢量较为敏感，若辅助矢量选取不当会恶化校正效果。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，尤其是三分量磁测系统中三轴磁力仪与惯导三轴间存在偏角的问题，提供一种三轴磁力仪与惯导安装误差校正方法。

本发明的思想是基于以下两点事实：

1、在稳定磁场中，绕空间中某一轴线旋转三轴磁力仪，旋转过程中只改变磁力仪的一个姿态角(航向角、俯仰角或横滚角)而保持其它两个姿态角不变。在这种情况下，磁力计测量数据在空间直角坐标系中的投影共面。

2、如在事实1中的操作，分别在两个不同的稳定磁场中旋转三轴磁力计，并且在两次旋转期间保持磁力计的姿态角相同，两组测量数据在空间直角坐标系中的投影所在平面相互平行。

对于三轴磁力仪与惯导安装误差的问题，通过将磁测数据从磁力仪姿态坐标系转换到惯导姿态坐标系来解决；空间中两个三轴坐标系相对位置固定以后，存在一个旋转矩阵可实现两坐标系间的相互转换，因此解决安装误差问题的关键在于准确求取磁力仪姿态坐标系与惯导姿态坐标系之间的旋转矩阵R。基于此，本发明提供了一种三轴磁力仪与惯导安装误差校正方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种三轴磁力仪与惯导安装误差校正方法，包括以下步骤：

a、建立安装误差校正平台；选取一块平整的无磁平板作为工作平台，将磁力仪和惯导刚性固定在一块平整的无磁平板上进行粗对准，然后将载有磁力仪与惯导的平板固定在无磁转台上，建立安装误差校正平台；

b、调节转台使其沿水平面旋转一圈，同步采集磁力仪测量值H_m和惯导测量的姿态数据：航向角α,俯仰角β,横滚角γ.