三轴磁强计误差分析与校正研究

摘要

近些年，地磁导航一直是载体导航方式的研究热点。三轴磁强计作为地磁导航中重要的姿态估计传感器，其测量精度直接影响导航的精度，所以它的校正研究越来越为学者所重视。如何简单、精确的实现其仪表误差和罗差的校正，以及如何实现捷联式三轴磁强计的综合校正，是当前三轴磁强计校正这一研究领域的重要技术难点和热点。　　本文针对上述问题展开了研究，内容主要包括以下几个方面。　　首先，研究了三轴磁强计仪表误差的校正。三轴磁强计的仪表误差主要包括：零偏误差、标度系数误差和三轴垂直度误差。通过对上述三种误差性质的分析，建立三轴磁强计的仪表误差校正模型。采用模值校正方法，将关于磁场矢量的模型改写成为关于其模值的模型，通过参数变换得到误差参数的线性方程组，并给出校正实现方案。然后用递推最小二乘算法辨识方程组的参数，并与线性神经网络辨识算法进行了比较，仿真结果表明在校正精度和收敛性方面前者明显优于后者。　　其次，研究了三轴磁强计罗差的校正。三轴磁强计的罗差主要包括硬铁误差、软铁误差和对准误差。通过对三种误差的来源和性质进行细致的分析，建立三轴磁强计罗差的校正模型。采用模值校正方法，通过参数变换得到罗差参数的线性方程组，并给出校正实现方案。分别应用递推最小二乘算法和线性神经网络算法对模型参数进行辨识，仿真结果表明前者校正精度和收敛速度方面都优于后者。然而对准误差不影响磁强计输出的模值，模值校正模型不能校正磁强计的对准误差，为此本文采用垂直Procrustes问题方法校正对准误差，得到对准误差参数的最小二乘估计。　　最后，研究了捷联式三轴磁强计的综合校正。结合仪表误差和罗差的分析，建立了磁强计误差的综合校正模型。将校正分为两种情况，当垂直度误差可以忽略时，应用线性化模值校正方法实现磁强计的校正。而当垂直度误差不可以忽略时，对模型参数矩阵进行奇异值分解，证明了磁强计的输出在笛卡尔坐标系中的坐标在椭球面上，并给出平移误差参数的近似求法。然后应用模值较正方法，将原误差模型变换成为模值误差方程，通过参数替换得到关于代换参数的线性方程组，运用递推最小二乘算法估计代换参数。最后将代换参数矩阵进行Cholesky分解，得到原模型中的误差参数矩阵，进而得到校正后磁强计的读数。

目录

三轴磁强计误差分析与校正研究

RESEARCH ON ERROR ANALYSIS AND CALIBRATION OF THREE-AXIAL MAGNETOMETERS

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 三轴磁强计校正关键问题概述

1.4 本文研究内容及结构安排

第2章 三轴磁强计仪表误差校正

2.1 引言

2.2 三轴磁强计仪表误差分析及模型建立

2.3 模型参数化及磁强计误差校正

2.4 三轴磁强计误差校正仿真与结果分析

2.5 本章小结

第3章 三轴磁强计罗差校正

3.1 引言

3.2 三轴磁强计罗差分析及模型建立

3.3 模型参数化及磁强计罗差校正

3.4 三轴磁强计罗差校正仿真与结果分析

3.5 本章小结

第4章 捷联式三轴磁强计的综合校正

4.1 引言

4.2 捷联式三轴磁强计校正模型的建立

4.3 本章小结

结论

参考文献

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