一种地磁梯度鲁棒的航磁干扰补偿系数估计的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航磁干扰补偿系数估计的方法；特别涉及一种地磁梯度鲁棒的航磁干 扰补偿系数估计的方法。
【背景技术】
[0002] 航磁补偿技术旨在消除航磁探测过程中由航空运动平台产生的磁干扰。通过分 析航空运动平台自身磁干扰的类型和性质，建立航空运动平台磁干扰的数学模型；然后在 校准飞行过程中按照规定的方法测得磁总场及三分量数据，进而解算出航磁干扰数学模型 的系数。进行实际航磁探测时，利用求解出的模型系数及飞机姿态数据估计航空运动平台 产生的磁干扰并将其从磁总场中去除，进而得到不含航空运动平台磁干扰的磁场数据。现 有航磁干扰补偿系数计算方法多是基于T-L模型，该模型将航空运动平台磁干扰分为恒定 场、感应场和涡流场三种类型，其中恒定场系数有3项，感应场系数和涡流场系数均有9项。 由于测量到的总场数据中既包括地磁场，又包括航空平台产生的磁干扰，因此为了计算航 空平台磁干扰数学模型的系数，通常需要对总场数据进行带通滤波以消除地磁场对补偿系 数计算的影响。然而，地磁梯度导致针对总场的滤波结果中包括一定幅度大小的地磁场分 量，这部分剩余分量降低了估计系数的精度。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了解决地磁梯度导致针对总场的滤波结果中包括的剩余分量 降低了估计系数的精度的问题，而提出的一种地磁梯度鲁棒的航磁干扰补偿系数估计的方 法。
[0004] 上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：
[0005] 步骤一、在飞机上安装高度计、GPS、三分量磁力仪和总场磁力仪；
[0006] 步骤二、令飞机进行校准飞行时，利用高度计采集飞机的高度，利用GPS采集飞机 的经度和炜度数据，利用总场磁力仪测定总磁场数据以及利用三分量磁力仪测定总磁场在 三分量磁力仪轴向的三分量数据Vi、vjpV3;
[0007] 其中，V1为总磁场在三分量磁力仪纵轴上的分量数据，V2为总磁场在三分量磁力 仪横轴上的分量数据，V3为总磁场在三分量磁力仪垂直轴上的分量数据；由高度计测量到 飞机高度数据构成的NX1列向量为E、利用GPS采集飞机的经度数据构成的NX1列向量为 N，利用GPS测量到的炜度数据构成的NX1列向量为K;
[0008] 步骤三、根据T-L模型，用采集到的磁场数据建立线性方程组：
[0009] Ht=He+H:=He+A0 (I)
[0010] 氏为NX1地磁场值列向量，0为航磁补偿系数即待定系数构成的列向量；A为 NX16矩阵；托为飞机产生的磁干扰为NX1列向量T为校准飞机飞行过程中总场磁力仪 测得的磁场数据为NX1列向量；磁场数据包括总磁场数据和三分量数据；
[0012] Pl、&1]和bu为需要估计出的航磁干扰补偿系数；
[0013] S是由Ul、U1Uj和之'构成的行向量叫或uj为由地磁场与飞机轴向形成的夹角 的余弦；矣为化的导数；地磁场与飞机轴向形成的夹角的余弦ui包括地磁场与飞机纵轴形 成的夹角的余弦、地磁场与飞机横轴形成的夹角的余弦以及地磁场与飞机垂直轴形成的夹 角的余弦；i= 1，2, 3,j= 1，2, 3 ;
[0014]U1表示地磁场与飞机纵轴形成的夹角的余弦，U2为地磁场与飞机横轴形成的夹角 的余弦，U3地磁场与飞机垂直轴形成的夹角的余弦；
[0015] 步骤四、设bpf( ?)为FIR带通滤波器，结合式⑴和⑵则有：
[0016] bpf(Ht) =bpf(He)+bpf(H1) =bpf(He)+bpf(A)B(5)
[0017] 其中，?为Ht、He、H^A;
[0018] 步骤五、若bpf (He)乒0 ;则建立bpf (He)的数学模型；将bpf (He)建立为飞机经度、 炜度和高度的线性函数：
[0019] bpf(He) =k?bpf(E) + H ?bpf(N) + x ?bpf(K) (7)
[0020] 其中，K、q和T表示待定系数；
[0021] 步骤六、利用公式（3)和公式（7)构造矩阵Ae;
[0022] 步骤七、分别对仏和Ae中的每一列数据进行带通滤波，得到bpf(HT)和 bpf(Ag)；
[0023] 步骤八、根据公式（8)利用递推最小二乘法估计0E;S0E中的前16个元素依序 构成航磁补偿系数9 ;
[0024] 步骤九、在实际探测时，利用估计出的0计算飞机平台产生的磁干扰，并将磁干 扰从测量到的总场数据中减掉以得到不含飞机平台磁干扰的地磁场值。
[0025] 发明效果
[0026] 经过带通滤波之后的磁场信号中，除了存在飞机产生的磁干扰之外，还存在没有 被带通滤波器过滤掉的地磁场分量。该剩余地磁场分量若不经处理，则会被当作飞机产生 的磁干扰而被带入到航磁补偿系数的求解过程中。这势必会影响航磁干扰补偿系数的估计 精度。然而，滤波器通带内剩余的地磁场分量与飞机所处经度、炜度和高度变化有关。因此， 本发明建立了滤波器通带内通带内剩余地磁场分量的数学模型，即将其表示为飞机所处经 度、炜度和高度的函数。在实际应用中，本发明通过测量飞机所处经度、炜度和高度，便可以 估计滤波器通带内的剩余地磁场分量，并在估计航磁补偿系数之前将该剩余地磁场分量从 带通滤波之后的磁场信号中去除，使航磁补偿系数的估计过程不再受到剩余地磁场分量的 干扰，从而提高了航磁干扰补偿系数的估计精度。因此若通带内剩余地磁场分量占带通滤 波后磁场信号的50%，则最终的补偿系数精度能提大约72%。
【附图说明】
[0027] 图1为【具体实施方式】一提出的一种地磁梯度鲁棒的航磁干扰补偿系数估计的方 法流程图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0028] 一：结合图1本实施方式的一种地磁梯度鲁棒的航磁干扰补偿系数 估计的方法，具体是按照以下步骤制备的：
[0029] 步骤一、在飞机上安装高度计、GPS、三分量磁力仪和总场磁力仪；其中，三分量磁 力仪的三个轴分别与飞机的纵轴、横轴和垂直轴平行；
[0030] 步骤二、令飞机进行校准飞行时，利用高度计采集飞机的高度，利用GPS采集飞机 的经度和炜度数据，利用总场磁力仪测定总磁场数据以及利用三分量磁力仪测定总磁场在 三分量磁力仪轴向的三分量数据Vi、vjpV3;
[0031] 其中，V1为总磁场在三分量磁力仪纵轴上的分量数据，V2为总磁场在三分量磁力 仪横轴上的分量数据，V3为总磁场在三分量磁力仪垂直轴上的分量数据；由高度计测量到 飞机高度数据构成的NX1列向量为E、利用GPS采集飞机的经度数据构成的NX1列向量为 N，利用GPS测量到的炜度数据构成的NX1列向量为K;
[0032] 步骤三、根据T-L模型（T-L模型全称为TheTolles-Lawsonmodel,是由Tolles 和Lawson两人提出来的描述飞机磁干扰的数学模型）利用采集到的磁场数据建立线性方 程组：
[0033] Ht=He+H:=He+A0 (I)
[0034] 氏为NX1地磁场值列向量，0为航磁补偿系数即待定系数构成的列向量；A为 NX16矩阵；托为飞机产生的磁干扰为NX1列向量T为校准飞机飞行过程中总场磁力仪 测得的磁场数据为NX1列向量；磁场数据包括总磁场数据和三分量数据；根据T-L模型， 飞机产生的磁干扰可以表示为：
[0036] 其中，Ppau和bu为需要估计出的航磁干扰补偿系数；5是由u^uiUj和A%构成 的行向量叫或uj为由地磁场与飞机轴向形成的夹角的余弦；g为化的导数；地磁场与飞 机轴向形成的夹角的余弦化包括地磁场与飞机纵轴（longitudinalaxis)形成的夹角的 余弦、地磁场与飞机横轴（transverseaxis)形成的夹角的余弦以及地磁场与飞机垂直轴 (verticalaixs)形成的夹角的余弦；i= 1，2,3,j= 1，2,3 ;
[0037] U1表示地磁场与飞机纵轴形成的夹角的余弦，u2为地磁场与飞机横轴形成的夹角 的余弦，U3地磁场与飞机垂直轴形成的夹角的余弦；
[0038] 公式⑴中Ht可以通过直接测量得到，A可利用三分量磁力仪输出数据计算得 至IJ;航磁干扰补偿的最终目的是确定He，观察上式可以发现，只要计算出H1并将其从1中减 掉就可以得到He;而若要得到H1必须估计出航磁补偿系数0 ;这里唯一的目标是估计出航 磁补偿系数9,在实际应用中可以利用0去求H1，然后得到不含干扰的He，但这些不是本 发明的重点，重点是估计9，所以3中开头关于托的描述不准确；
[0039] 步骤四、设bpf( ?)为FIR带通滤波器，结合式⑴和⑵则有：
[0040] bpf(Ht) =bpf(He)+bpf(H1) =bpf(He)+bpf(A)9 (5)
[0041] 其中，?为Ht、He、H^A;
[0042] 步骤五、若bpf(He) = 0,则：
[0043] bpf(Ht) =bpf(A)B(6)
[0044] 进而根据式（6)估计0 ;但多数情况下bpf(He) = 0是不成立的。
[0045] 步骤六、若由于地磁梯度的存在，导致bpf(He)辛0 ;则建立bpf(He)的数学模型； 由于氏与磁力仪所在位置有关，将bpf(HE)建立为飞机经度、炜度和高度的线性函数：
[0046] bpf(He) =K?bpf(E)+q?bpf(N)+T?bpf(K) (7)