一种提高磁通门测角精度的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及提高磁通门测角精度的方法。
【背景技术】
[0002] 磁通门磁力仪是一种测量磁场的传感器，根据法拉第电磁感应原理设计而成，一 般采用坡莫合金作为磁芯。磁通门磁力仪能够测定正交三轴的磁场值，属于矢量磁力仪。
[0003] 在航磁补偿的过程中，通常需要在飞机平台上安装磁通门磁力仪，利用磁通门磁 力仪，可以求得磁通门磁力仪三个轴向，也即飞机平台的三个轴向与地磁场方向夹角的方 向余弦，这在航磁补偿中起着关键的作用。
[0004] 设磁通门磁力仪采集到某处磁感应强度为（Bx，By，B z)τ，计算可得测得磁场在磁通 门三轴所构成坐标系的方向余弦：
[0008] 然而，受磁通门本身的测量精度所限，角度测量也存在一定的误差，在精度需求较 高的实际应用中往往容易产生一定的阻碍。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是为了解决现有技术受磁通门本身的测量精度所限，角度测量也存 在一定的误差，导致磁通门测角精度低的问题，而提出一种提高磁通门测角精度的方法。
[0010] -种提高磁通门测角精度的方法，包括以下步骤：
[0011] 步骤一、获得某一时刻磁通门磁力仪输出的磁感应强度矢量反与当前陀螺仪输出 的三个偏转角（α，β，γ );
[0012] 步骤二、根据步骤一中的（α，β，γ)，计算地面坐标系与运动平台坐标系之间的 旋转矩阵M ;
[0013] 步骤三、根据地磁场在地面坐标系下的磁感应强度矢量7石，获得地磁场在地面坐 标系下的方向；
[0014] 步骤四、根据步骤二中地面坐标系与运动平台坐标系之间的旋转矩阵M和步骤三 中地磁场在地面坐标系下的方向，计算出地磁场在运动平台坐标系下的方向
[0015] 步骤五、根据步骤四计算出的地磁场在运动平台坐标系下的方向U十算地磁场 与运动平台坐标系各轴之间夹角的方向余弦值cos X、cos Y、cos Ζ，记cos X为ap cos Y 为 bp cos Z 为 C1;
[0016] 步骤六、根据步骤一中获得某一时刻磁通门磁力仪输出的磁感应强度矢量得 出直接通过磁通门磁力仪得出的磁场在磁通门三轴所构成坐标系的方向余弦值cos X、cos Y、cos Z，记 cos X 为 a2, cos Y 为 b2, cos Z 为 c2;
[0017] 步骤七、融合ap bp (^与a 2, b2, C2，得出通过陀螺仪计算出地磁场与运动平台坐标 系各轴之间夹角的方向余弦值融合直接通过磁通门磁力仪得出的磁场在磁通门三轴所构 成坐标系的方向余弦值。
[0018] 本发明具有以下有益效果
[0019] 本发明所提出的方法能够通过陀螺仪计算出地磁场与运动平台坐标系轴向夹角 的余弦值，并融合通过磁通门磁力仪直接算得的地磁场与运动平台坐标系轴向夹角的余弦 值，从而提高测算精度，精度提高了 22%以上。在航磁补偿技术中有一定的应用价值，从而 在航磁测量、地质勘探、物探等领域有一定应用空间。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明流程图；
[0021] 图2为磁通门磁力仪坐标系示意图，X，Y，Z分别代表磁通门磁力仪自身坐标系的 三个坐标轴；
[0022] 图3为运动平台（以飞机示意）坐标系示意图，与图1中的磁通门磁力仪坐标系 重合，因此坐标轴仍用X，Y，Z表示，X，Y，Z为运动平台坐标系，其中，He表示地磁场，Φ表 示地磁倾角，Θ表示地磁偏角，N表示地磁场在运动平台所处平面上的投影，x，y，z分别表 示X，Y，Z轴与地磁场之间的夹角；
[0023] 图4为地面坐标系示意图，Xt，Yt，Zt分别表示地面坐标系的三个正交坐标轴；
[0024] 图5为一组5081个数据点经过本发明算法运算后得出的结果与真实余弦值做差 后的均值示意图，attitude指的是单纯应用陀螺仪计算的余弦值结果与真实余弦值结果之 差的均值在X，Y，Z三个轴上的值，Fluxgate指的是单纯应用磁通门磁力仪计算的余弦值结 果与真实余弦值结果之差的均值在X，Y，Z三个轴上的值，应用WLS方法（本发明）融合后得 到的余弦值结果与真实余弦值结果之差的均值在X，Y，Z三个轴上的值；X_axis，Y_axis，Ζ_ axis指的是三个轴向上的余弦值结果与真实余弦值结果之差的均值。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0025] 一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种提高磁通门测角 精度的方法具体是按照以下步骤制备的：
[0026] 步骤一、获得某一时刻磁通门磁力仪输出的磁感应强度矢量氧与当前陀螺仪输出 的三个偏转角（α，β，γ );
[0027] 步骤二、根据步骤一中的（α，β，γ)，计算地面坐标系与运动平台坐标系之间的 旋转矩阵M ;
[0028] 步骤三、根据地磁场在地面坐标系下的磁感应强度矢量77卩，获得地磁场在地面坐 标系下的方向；
[0029] 步骤四、根据步骤二中地面坐标系与运动平台坐标系之间的旋转矩阵M和步骤三 中地磁场在地面坐标系下的方向，计算出地磁场在运动平台坐标系下的方向/V ;
[0030] 步骤五、根据步骤四计算出的地磁场在运动平台坐标系下的方向A，汁算地磁场 与运动平台坐标系各轴之间夹角的方向余弦值cos X、cos Y、cos Z，记cos X为ap cos Y 为 bp cos Z 为 C1;
[0031] 步骤六、根据步骤一中获得某一时刻磁通门磁力仪输出的磁感应强度矢量義得 出直接通过磁通门磁力仪得出的磁场在磁通门三轴所构成坐标系的方向余弦值COS X、COS Yn cos Z，记 cos X 为 a2, cos Y 为 b2, cos Z 为 c2;
[0032] 步骤七、融合ap bp (^与a 2, b2, C2，得出通过陀螺仪计算出地磁场与运动平台坐标 系各轴之间夹角的方向余弦值融合直接通过磁通门磁力仪得出的磁场在磁通门三轴所构 成坐标系的方向余弦值。
【具体实施方式】 [0033] 二：本实施方式与一不同的是：所述步骤一中获 得某一时刻磁通门磁力仪输出的磁感应强度矢量 < 与当前陀螺仪输出的三个偏转角 (α，β，γ);具体过程为：
[0034] 在同时搭载了磁通门磁力仪与陀螺仪的运动平台（通常在航磁测量的过程中，该 平台是固定翼飞机）运动至某一状态时，磁通门磁力仪会测量其所处位置的磁感应强度， 并以矢量形式给出相应的测量结果，设为反=f/i.，β,, β Υ，其中Bx、By、Bz*别表示以磁通 门磁力仪所处位置为中心，以其（磁通门磁力仪）自身正交方向为轴向构建的三维坐标系 中每个轴向的磁感应强度；T为矩阵转置；该坐标系如图2所示，由于磁通门磁力仪安装在 运动平台上，磁通门磁力仪三轴与运动平台坐标系三轴一致，运动平台坐标系如图3所示 (用飞机示意）。在运动平台不做偏转机动的情况下，运动平台坐标系与地面坐标系（如图 4所示）是重合的，假设在此时刻，运动平台做出机动，陀螺仪产生一个运动平台相对于地 面坐标系的偏转角，设为（α，β，γ)，其中α表示运动平台绕地面坐标系Z轴旋转的角度， β表示运动平台绕地面坐标系Y轴旋转的角度，γ表示运动平台绕地面坐标系X轴旋转的 角度。
[0035] 其它步骤及参数与【具体实施方式】一相同。
【具体实施方式】 [0036] 三：本实施方式与一或二不同的是：所述步骤二中根 据步骤一中的（α，β，γ)，计算地面坐标系与运动平台坐标系之间的旋转矩阵Μ;具体过 程为：
[0037] 在步骤一中，运动平台做出机动时，运动平台坐标系将相对地面坐标系发生偏 转；
[0038] 依据飞行动力学理论，运动平台绕其（运动