基于正演的拖曳式航磁全張量梯度數(shù)據(jù)軟補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航磁軟補(bǔ)償領(lǐng)域，尤其涉及一種基于正演的拖曳式航磁全張量梯度數(shù) 據(jù)軟補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 航磁軟補(bǔ)償主要目的在于消除航磁測量中飛機(jī)由于自身磁場（恒定場、感應(yīng)場和 渦流場）以及飛行姿態(tài)變化等對(duì)磁測值的影響。
[0003] 傳統(tǒng)航磁全張量梯度測量方法主要采用機(jī)載的方式，將飛機(jī)自身磁干擾場以及飛 機(jī)姿態(tài)變化等對(duì)測量值影響用線性方程組表示，各項(xiàng)干擾的系數(shù)稱為補(bǔ)償系數(shù)，通過學(xué)習(xí) 飛行獲得補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)而消除其影響。該種測量方式下由于磁梯度測量裝置與機(jī)身距離很 近，磁干擾場組成及其變化都十分復(fù)雜。隨著航空全張量磁梯度測量裝置的研宄發(fā)展，航空 磁測方式也發(fā)展到采用直升機(jī)拖拽式測量，該種測量方法優(yōu)點(diǎn)是磁梯度測量裝置離機(jī)身較 遠(yuǎn)，直升機(jī)磁干擾減少，但是由于在飛行過程中直升機(jī)與全張量磁梯度測量裝置相對(duì)位置 都時(shí)刻變化，傳統(tǒng)機(jī)載式磁補(bǔ)償?shù)姆椒ú⒉贿m用。另外以往拖曳式測量中的直升機(jī)補(bǔ)償參 數(shù)多通過在地面圍繞機(jī)身周圍所測磁場值求取，而實(shí)際測量過程中磁梯度測量裝置位于機(jī) 身下方，這在補(bǔ)償參數(shù)求取以及補(bǔ)償方面都存在較大誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于正演的拖曳式航磁全張量梯度數(shù)據(jù)軟補(bǔ) 償方法。針對(duì)航磁全張量梯度拖曳式測量方式設(shè)計(jì)了一種基于正演的拖曳式航磁全張量梯 度數(shù)據(jù)軟補(bǔ)償方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航磁梯度測量過程中直升機(jī)和吊艙姿 態(tài)、相對(duì)位置以及直升機(jī)磁場均動(dòng)態(tài)變化情況下的航磁全張量梯度數(shù)據(jù)軟補(bǔ)償，并且減少 相對(duì)誤差。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種基于正演的拖曳式航磁全張量梯度數(shù)據(jù)軟補(bǔ)償方法，所述方法用于消除航 磁測量中飛機(jī)由于自身磁場以及飛行姿態(tài)變化對(duì)磁測值的影響，其特征在于，包括以下步 驟：
[0007] 步驟1)建立航磁全張量梯度測量正演補(bǔ)償模型；
[0008] 步驟2)根據(jù)步驟1)中建立的模型設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)飛行方案進(jìn)行學(xué)習(xí)飛行；
[0009] 步驟3)根據(jù)上述步驟2)的學(xué)習(xí)飛行數(shù)據(jù)，確定補(bǔ)償參數(shù)；
[0010] 步驟4)利用上述步驟3)中確定的補(bǔ)償參數(shù)對(duì)航磁全張量梯度數(shù)據(jù)進(jìn)行軟補(bǔ)償。
[0011] 優(yōu)先地，步驟4)所述根據(jù)確定的補(bǔ)償參數(shù)對(duì)航磁全張量梯度數(shù)據(jù)進(jìn)行軟補(bǔ)償包 括一下步驟：
[0012] 步驟4. 1)根據(jù)確定的補(bǔ)償參數(shù)，分析出在直升機(jī)姿態(tài)、自身磁場變化影響下當(dāng)?shù)?水平坐標(biāo)系下吊艙位置三分量及梯度張量補(bǔ)償值；
[0013] 步驟4. 2)根據(jù)吊艙提供的姿態(tài)信息，將航磁三分量及梯度張量實(shí)際測量值從吊 艙坐標(biāo)系改正到當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系下，得到修正值；
[0014] 步驟4. 3)根據(jù)上述步驟4. 2)得出的航磁三分量及梯度張量實(shí)際測量值從吊艙坐 標(biāo)系改正到當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系下的修正值減去上述步驟4. 1)分析得出的當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系下 吊艙位置三分量及梯度張量補(bǔ)償值，確定補(bǔ)償結(jié)果。
[0015] 優(yōu)先地，步驟2)所述設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)飛行方案，該學(xué)習(xí)飛行方案進(jìn)行三次學(xué)習(xí)飛行設(shè) 計(jì)：
[0016] 學(xué)習(xí)飛行一，選定平靜磁場區(qū)氏一平穩(wěn)飛行；
[0017] 學(xué)習(xí)飛行二，另選定平靜磁場區(qū)H2二平穩(wěn)飛行；
[0018] 學(xué)習(xí)飛行三，選定變化磁場區(qū)H3適當(dāng)采取機(jī)動(dòng)動(dòng)作飛行。
[0019] 優(yōu)先地，所述步驟3)補(bǔ)償參數(shù)包括恒定磁矩、感磁參數(shù)和渦流參數(shù)。
[0020] 優(yōu)先地，所述步驟根據(jù)補(bǔ)償參數(shù)及直升機(jī)姿態(tài)信息分析出在直升機(jī)姿態(tài)、自身磁 場變化影響下第k個(gè)測點(diǎn)當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系下吊艙位置梯度張量補(bǔ)償值：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于正演的拖曳式航磁全張量梯度數(shù)據(jù)軟補(bǔ)償方法，所述方法用于消除航磁測 量中飛機(jī)由于自身磁場以及飛行姿態(tài)變化對(duì)磁測值的影響，其特征在于，所述方法包括以 下步驟： 步驟1)建立航磁全張量梯度測量正演補(bǔ)償模型； 步驟2)根據(jù)步驟1)中建立的模型設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)飛行方案進(jìn)行學(xué)習(xí)飛行； 步驟3)根據(jù)上述步驟2)的學(xué)習(xí)飛行數(shù)據(jù)，確定補(bǔ)償參數(shù)； 步驟4)利用上述步驟3)中確定的補(bǔ)償參數(shù)對(duì)航磁全張量梯度數(shù)據(jù)進(jìn)行軟補(bǔ)償。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟4)所述根據(jù)確定的補(bǔ)償參數(shù) 對(duì)航磁全張量梯度數(shù)據(jù)進(jìn)行軟補(bǔ)償包括一下步驟： 步驟4. 1)根據(jù)確定的補(bǔ)償參數(shù)，分析出在直升機(jī)姿態(tài)、自身磁場變化影響下當(dāng)?shù)厮?坐標(biāo)系下吊艙位置三分量及梯度張量補(bǔ)償值； 步驟4. 2)根據(jù)吊艙提供的姿態(tài)信息，將航磁三分量及梯度張量實(shí)際測量值從吊艙坐 標(biāo)系改正到當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系下，得到修正值； 步驟4. 3)根據(jù)上述步驟4. 2)得出的航磁三分量及梯度張量實(shí)際測量值從吊艙坐標(biāo)系 改正到當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系下的修正值減去上述步驟4. 1)分析得出的當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系下吊艙 位置三分量及梯度張量補(bǔ)償值，確定補(bǔ)償結(jié)果。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的軟補(bǔ)償方法，其特征在于，步驟2)所述設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)飛行方案，該 學(xué)習(xí)飛行方案進(jìn)行按以下三次順序?qū)W習(xí)飛行設(shè)計(jì)： 學(xué)習(xí)飛行設(shè)計(jì)一，選定平靜磁場區(qū)氏一平穩(wěn)飛行； 學(xué)習(xí)飛行設(shè)計(jì)二，另選定平靜磁場區(qū)H2二平穩(wěn)飛行； 學(xué)習(xí)飛行設(shè)計(jì)三，選定變化磁場區(qū)H3適當(dāng)采取機(jī)動(dòng)動(dòng)作飛行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的軟補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步驟3)補(bǔ)償參數(shù)包括恒定磁 矩、感磁參數(shù)和渦流參數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的軟補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步驟4. 1)根據(jù)補(bǔ)償參數(shù)及直 升機(jī)姿態(tài)信息分析出在直升機(jī)姿態(tài)、自身磁場變化影響下第k個(gè)測點(diǎn)當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系下吊 艙位置梯度張量補(bǔ)償值：
所述Bxx,Bxy,Bxz,Byx,Byy,Byz,Bzx,Bzy,Bzz為當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系下第k個(gè)測點(diǎn)全張 量梯度，U〇為真空磁導(dǎo)率；X，y，z分別為第k個(gè)測點(diǎn)以直升機(jī)位置為原地當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo) 系下吊艙位置；Hx，Hy，扎分別為第k個(gè)測點(diǎn)在直升機(jī)坐標(biāo)系下x、y、z三方向上外磁場值； 分別為第k個(gè)測點(diǎn)在直升機(jī)坐標(biāo)系下x、y、z三方向上外磁場變化率；r1 at dr at 為第k個(gè)測點(diǎn)對(duì)應(yīng)的直升機(jī)姿態(tài)矩陣T逆矩陣，（r1)1為T逆矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣，a，e，Y 分別為該測點(diǎn)對(duì)應(yīng)的直升機(jī)偏向角、俯仰角和橫滾角；M"，M_M^eix，eiy，eiy，evx，evy，evz分 別為第k個(gè)測點(diǎn)直升機(jī)在直升機(jī)坐標(biāo)系下x、y、z三方向上恒定磁矩、感磁參數(shù)、渦流參數(shù)； Mx,My, 1\^分別為第k個(gè)測點(diǎn)直升機(jī)總磁矩M在直升機(jī)坐標(biāo)系下X、y、Z三方向的分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的軟補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步驟4. 2)將航磁三分量及梯 度張量實(shí)際測量值從吊艙坐標(biāo)系改正到當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系下，通過吊艙姿態(tài)變換矩陣T。進(jìn)行 坐標(biāo)系改成，所述T。由一時(shí)刻測量的吊艙偏航角a。、俯仰角和橫滾角Y。組成：
所述忑1為矩陣T。逆矩陣，T。吊艙姿態(tài)變換矩陣；Hax。&、^ ^義^為吊艙位置經(jīng)過吊 艙姿態(tài)改正后的三分量值 ，BxX-Car、BXy-Car、BXZ-Car、ByX-car、Byy-car、ByZ-car、Bzx -car、Bzy-car、吊 ?置吊idi、改正后的梯度張里值；Hax_measm:e、Hay_measm:e、Za_measm:e、Bxx_measm:e、BXy_measure、 Bxz-measure、ByX-measure、Byy-measure、ByZ-measure、Bzx-measure、BZy-measure、Bzz-measure 為吊 頭際/則里值，根據(jù) 得出的上述值對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行分別補(bǔ)償。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軟補(bǔ)償方法，其特征在于，所述補(bǔ)償參數(shù)確定：
其中Mi、M2分別為學(xué)習(xí)飛行一、學(xué)習(xí)飛行二直升機(jī)坐標(biāo)系下直升機(jī)總磁矩，113為學(xué)習(xí)飛 行三中直升機(jī)坐標(biāo)系下的直升機(jī)渦流參數(shù)；hx1，hx2，hx3均為列向量，分別為學(xué)習(xí)飛行一、二 和三中各測點(diǎn)在當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系下對(duì)應(yīng)的地磁x分量，77^, 77^分別為Hxl，hx2的平均值； SHmi與SHax2分別為n行3列矩陣，n為測點(diǎn)總數(shù)；H^^與H"_。"2分別為學(xué)習(xí)飛行一和學(xué)習(xí) 飛行二的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行吊艙姿態(tài)改正后的值；SHax3Sn行3列矩陣，n為測點(diǎn)總數(shù)；Hax。"3為 實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行吊艙姿態(tài)改正后的值，Hay為直升機(jī)恒定磁場及姿態(tài)變化對(duì)各測點(diǎn)三分量中 的X方向分量Hax造成的干擾值，Haxi為直升機(jī)感應(yīng)磁場及姿態(tài)變化對(duì)各測點(diǎn)三分量中的X 方向分量Hax造成的干擾值，Hx3為各測點(diǎn)地磁場X方向分量，均為n行1列矩陣； 通過上述表達(dá)式可得出：
所述eix,eiy,eiy，evx,evy,evz，分別為直升機(jī)在直升機(jī)坐標(biāo)系下x、y、z三方向 恒定磁矩、感磁參數(shù)、渦流參數(shù);Mxl、Myl、MZJPMx2、My2、Mz2分別為直升機(jī)總磁矩Mi、M2在直升 機(jī)坐標(biāo)系下X、y、z三方向上的分量；77^,77^',77^和T^',7^',77；'分別為穩(wěn)定磁場一 和穩(wěn)定磁場二中直升機(jī)坐標(biāo)系下的地磁三分量在X,y,z方向上的平均值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軟補(bǔ)償方法，其特征在于，所述步驟1)中補(bǔ)償模型涉及四 種坐標(biāo)系，分別是直升機(jī)坐標(biāo)系、吊艙坐標(biāo)系、直升機(jī)處為原點(diǎn)的當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系，以及GPS 系統(tǒng)所采用的坐標(biāo)系；所述四種坐標(biāo)系均為三維坐標(biāo)系。
【專利摘要】本發(fā)明屬于航磁軟補(bǔ)償領(lǐng)域，尤其涉及一種基于正演的拖曳式航磁全張量梯度數(shù)據(jù)軟補(bǔ)償方法。針對(duì)航磁全張量梯度拖曳式測量方式設(shè)計(jì)了一種基于正演的拖曳式航磁全張量梯度數(shù)據(jù)軟補(bǔ)償方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航磁梯度測量過程中直升機(jī)和吊艙姿態(tài)、相對(duì)位置以及直升機(jī)磁場均動(dòng)態(tài)變化情況下的航磁全張量梯度數(shù)據(jù)軟補(bǔ)償，并且減少相對(duì)誤差。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號(hào)】CN104809352
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510236807
【發(fā)明人】修春曉, 孟小紅, 郭良輝, 陳召曦, 張盛, 王俊, 張興東, 姚長利, 李淑玲, 鄭元滿, 劉國峰, 鄒韻, 周俊杰, 馬亞偉, 劉默
【申請(qǐng)人】中國地質(zhì)大學(xué)（北京）
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年5月11日