[发明专利]一种基于三轴加速度计测姿的地磁二分量测量方法

说明书

本发明公开一种基于三轴加速度计测姿的地磁二分量测量方法，步骤包括：S1.由移动载体搭载地磁矢量测量系统对目标测量区域进行连续测量，地磁矢量测量系统包括三轴磁传感器、三轴加速度计，由三轴磁传感器测量载体坐标系下三分量磁场值，由三轴加速度计测量载体相对于惯性空间的加速度在载体坐标系下的投影；S2.获取三轴加速度计的测量数据，根据三轴加速度计的测量数据求解出载体在地理坐标系下的俯仰姿态角、横滚姿态角；S3.获取三轴磁传感器的测量数据，根据三轴磁传感器的测量数据以及求解出的俯仰姿态角、横滚姿态角，求解出地磁水平分量和垂向分量。本发明具有实现操作简单、成本低、测量精度高、抗干扰性强、安全可靠等优点。

技术领域

本发明涉及磁测量技术领域，尤其涉及一种基于三轴加速度计测姿的地磁二分量测量方法。

背景技术

地磁场是一个矢量场，在地理坐标系下，其三个分量分别为北向分量X、东向分量Y和垂直分量Z，其中北向分量与东向分量可以合成为地磁水平分量H。地磁矢量可选信息丰富、特征显著，可以有效提高地磁匹配导航精度。在地磁矢量测量与导航中利用的均为地磁场三分量，而为了实现地磁三分量测量，则必须提供载体的全姿态信息。传统通常是基于惯导系统测姿实现地磁矢量测量，即在实际测量中，通过与三轴磁传感器捷联的惯性导航系统提供其与地理坐标系之间的三个欧拉角(俯仰角、横滚角和偏航角)，从而将三轴磁传感器输出转换为地理坐标系下的投影，实现地磁三分量测量。然而，惯导系统由于自身惯性器件测量误差存在漂移累积，导致所提供的偏航角累积误差经过坐标旋转传递到地磁矢量测量值中，进而造成地磁矢量测量精度低、测量结果不可靠的问题。同时，传统地磁矢量测量系统中需要所采用高精度惯性导航系统，使得系统整体体积和质量较大，还会制约其在中小型空中无人平台的应用。

为缓解上述问题，现有技术中通常是在测量完成后再对地磁矢量测量系统测量误差进行校正，校正方法如基于地磁场模值不变原理，推导出传感器三轴测量值与磁场标量值之间的线性化参数模型，进行最小二乘估计得到传感器误差参数，从而实现误差校正；或采用椭圆拟合方法进行传感器误差模型参数估计和误差校正，或根据全球地磁模型计算出试验区域的地磁场矢量值，以三轴磁传感器和三轴惯性元件输出值建立地磁矢量测量模型，求解方程组后得到误差模型参数和补偿后的地磁场值矢量。但上述校正方法都是针对地磁矢量测量系统输出结果进行单项或综合误差校正，由于系统中存在的误差传递会造成测量精度降低，如由全球地磁模型得到的地磁场矢量本身也有误差，也会影响参数估计精度，从而降低误差校准精度，而且无法从根本上解决惯导系统姿态输出漂移带来的精度问题，故而无法满足长时间地磁矢量测量、矢量匹配导航等应用场景。

有从业者提出通过测量和修正系统的姿态角以对地磁矢量测量系统测量误差进行补偿，如基于多姿态直接计算法，直接利用多个姿态下三轴磁强计输出的各个分量进行误差计算并进行补偿，但一方面该类方法中修正后姿态精度仍不够高，另一方面磁传感器在存在磁干扰环境中会破坏输出所含姿态信息。

综上，传统基于惯导系统测姿的地磁矢量测量方法存在惯导输出漂移和磁传感器自身易受干扰导致的航向角不可靠等问题，而针对于系统的姿态输出修正方法，由于加速度计无法校正航向角，通常是利用加速度计和磁传感器进行姿态角融合校正求解，但磁传感器又极易受外界磁干扰，会破坏输出所含姿态信息，进而降低姿态估计精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现操作简单、成本低、测量精度高、抗干扰性强、安全可靠的基于三轴加速度计测姿的地磁二分量测量方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于三轴加速度计测姿的地磁二分量测量方法，步骤包括：

S1.由移动载体搭载地磁矢量测量系统对目标测量区域进行连续测量，所述地磁矢量测量系统包括三轴磁传感器、三轴加速度计，由所述三轴磁传感器测量载体坐标系下三分量磁场值，由所述三轴加速度计测量载体相对于惯性空间的加速度在载体坐标系下的投影，即为重力加速度在载体坐标系各轴的分量；