基于地磁测量值的修正方法及地磁检测装置

摘要

本发明公开了一种基于地磁测量值的修正方法及地磁检测装置，所述地磁检测装置用于执行所述修正方法的步骤，所述修正方法包括：所述地磁检测装置获取所述载体在目标位置发生姿态转换而处于不同姿态所对应的地磁测量值；所述地磁检测装置获取所述载体在所述目标位置发生所述姿态转换所对应的姿态转换矩阵；所述地磁检测装置获取所述目标位置的感应磁场系数；所述地磁检测装置根据所述地磁测量值、所述姿态转换矩阵以及所述感应磁场系数，确定所述目标位置对应的磁场修正值。实施本发明有利于获取更加精准的地磁测量值。

说明书

技术领域

本发明涉及地磁测量技术领域，尤其涉及一种基于地磁测量值的修正方法及地磁检测装置。

背景技术

近年来，由于地磁导航具有自主性高、稳定性好、抗干扰能力强的优点，而取得快速的发展。在地磁导航中，获得导航区域地磁场精准的测量值不仅是地磁匹配的前提，也是导航精度的关键因素。磁力仪的内禀误差和载体的干扰磁场将影响磁力仪的精确测量。磁力仪内禀误差主要包括偏差、刻度因子和非正交校正，它们可以通过预先校准磁力计来消除。然而，载体所产生的磁干扰场互不相同，且与载体的结构与姿态密切相关，主要来源于软磁材料和硬磁材料，软磁材料产生的干扰磁场会随载体姿态而变化，可分为感应磁场和涡流磁场，硬磁材料产生的干扰磁场在一段时间内不会发生变化，称之为固定磁场。对于组成中有许多磁材料的载体，如潜艇、船只、飞行器等，由载体干扰磁场引起的测量偏差总是明显大于由磁力仪内禀误差引起的测量偏差。因此，载体产生的磁场干扰对测量结果的影响更大。

针对上述的载体磁干扰场的问题，目前主要有以下几种解决思路：

1、通过TOLLES-LAWSON方程建立载体磁场干扰模型，在使用时首先令载体沿几个不同的航向进行机动飞行，获得一组测量之后，根据式求出各干扰项的系数，从而确定飞机磁场的大小，然后在实际测量时从测量值中减去飞机磁场就得到补偿后的地磁场值。然而，TOLLES-LAWSON方程建立载体磁场干扰模型的复共线性，使得方程求解存在病态问题。

2、使用卡尔曼滤波器来补偿载体磁干扰场。扩展卡尔曼滤波器(EKF)和无迹卡尔曼滤波器(UKF)是两种主要使用的方法。当使用时，线性化过程可能导致滤波不稳定，UKF是对EKF的改进，避免了线性化过程。然而，卡尔曼滤波器在初步假设有误的情况下，结果可能会出现明显误差。

3、基于椭圆拟合的方法。它使用已知位置的地球磁场强度作为约束条件，并通过使用磁力计测量值拟合椭球来确定校准参数。然而，椭圆拟合法使用测量值来拟合椭球并不总成立，这往往需要载体(如，飞行器)跨越整个欧拉角姿态空间。

可见，如何获取更加精准的地磁测量值，是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于地磁测量值的修正方法及地磁检测装置，有利于获取更加精准的地磁测量值。

为了解决上述技术问题，本发明第一方面公开了一种基于地磁测量值的修正方法，应用于地磁检测装置，其中，所述地磁检测装置设置在载体上，所述修正方法包括：

所述地磁检测装置获取所述载体在目标位置发生姿态转换而处于不同姿态所对应的地磁测量值；

所述地磁检测装置获取所述载体在所述目标位置发生所述姿态转换所对应的姿态转换矩阵；

所述地磁检测装置获取所述目标位置的感应磁场系数；

所述地磁检测装置根据所述地磁测量值、所述姿态转换矩阵以及所述感应磁场系数，确定所述目标位置对应的磁场修正值。

可见，本发明第一方面中，通过获取载体在目标位置发生姿态转换而处于不同姿态所对应的地磁测量值、载体在目标位置发生姿态转换所对应的姿态转换矩阵、该目标位置的感应磁场系数，并根据上述三者，确定目标位置对应的磁场修正值，有利于弱化载体产生的磁场干扰对测量结果的影响，从而获取更加精确的目标位置处的地磁值，即目标位置对应的磁场修正值，进而有利于更加有效地实现载体磁干扰场的补偿。

作为一种具体实施方式，本发明第一方面中，所述地磁检测装置设置有惯性器件，所述地磁检测装置获取所述载体在所述目标位置发生所述姿态转换所对应的姿态转换矩阵，具体包括：

所述地磁检测装置通过所述惯性器件，获取所述载体在所述目标位置发生所述姿态转换所对应的姿态转换矩阵。

作为一种具体实施方式，本发明第一方面中，，所述地磁检测装置根据所述地磁测量值、所述姿态转换矩阵以及所述感应磁场系数，确定所述目标位置对应的磁场修正值，具体包括：

所述地磁检测装置根据公式一，确定所述目标位置对应的磁场修正值，所述公式一如下：

所述公式一当中，

作为一种具体实施方式，本发明第一方面中，所述载体包括潜艇、船只以及飞行器其中的一种。

本发明第二方面公开了一种地磁检测装置，所述地磁检测装置设置在载体上，所述地磁检测装置包括获取模块和确定模块，其中：

所述获取模块，用于获取所述载体在目标位置发生姿态转换而处于不同姿态所对应的地磁测量值；

所述获取模块还用于获取所述载体在所述目标位置发生所述姿态转换所对应的姿态转换矩阵；

所述获取模块还用于获取所述目标位置的感应磁场系数；

所述确定模块，用于根据所述地磁测量值、所述姿态转换矩阵以及所述感应磁场系数，确定所述目标位置对应的磁场修正值。

可见，本发明第二方面中，通过获取载体在目标位置发生姿态转换而处于不同姿态所对应的地磁测量值、载体在目标位置发生姿态转换所对应的姿态转换矩阵、该目标位置的感应磁场系数，并根据上述三者，确定目标位置对应的磁场修正值，有利于弱化载体产生的磁场干扰对测量结果的影响，从而获取更加精确的目标位置处的地磁值，即目标位置对应的磁场修正值，进而有利于更加有效地实现载体磁干扰场的补偿。

本发明第三方面公开了另一种地磁检测装置，所述地磁检测装置设置在载体上，其中，所述地磁检测装置包括：

存储有可执行程序代码的存储器；

与所述存储器耦合的处理器；

所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行本发明第一方面公开的基于地磁测量值的修正方法的步骤。

本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行本发明第一方面公开的基于地磁测量值的修正方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种基于地磁测量值的修正方法的流程示意图；

图2是本发明实施例的一种地磁检测装置的结构示意图；

图3是本发明实施例的另一种地磁检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

图1是本发明第一方面实施例公开的一种基于地磁测量值的修正方法的流程示意图，其中，该修正方法应用于地磁检测装置，该地磁检测装置设置在载体上，可选的，该载体可以为潜艇、船只以及飞行器其中的一种。如图1所示，该修正方法可以包括以下操作：

101、地磁检测装置获取载体在目标位置发生姿态转换而处于不同姿态所对应的地磁测量值。

本发明实施例中，可选的，对于载体为飞行器时，在步骤101中，该飞行器到达目标位置后，可以在该目标位置处，朝不同方向完成俯仰、横滚等动作，从而实现在该目标位置处发生姿态转换，相应地，地磁检测装置可以检测不同姿态下的所对应的地磁测量值，其中，该地磁测量值可以通过设置在地磁检测装置上的磁力仪测量所得。通过获取载体在目标位置发生姿态转换而处于不同姿态所对应的地磁测量值，有利于弱化载体产生的磁场干扰对该地磁测量值的干扰，从而有利于获得能够获取精度更高的目标位置处的地磁测量值，从而获取更优的目标位置对应的磁场修正值。

102、地磁检测装置获取载体在目标位置发生姿态转换所对应的姿态转换矩阵。

本发明实施例中，可选的，地磁检测装置可以设置有惯性器件(如，加速度计、陀螺仪等)，步骤102中，地磁检测装置可以通过惯性器件，获取载体在目标位置发生姿态转换所对应的姿态转换矩阵。

103、地磁检测装置获取目标位置的感应磁场系数。

本发明实施例中，可选的，该感应磁场系数可以通过目标位置处的感应磁场系数经验值而确定。

本发明实施例中，可选的，该感应磁场系数也可以基于步骤101所获得的载体在目标位置发生姿态转换而处于不同姿态所对应的地磁测量值以及步骤102所获得的载体在目标位置发生姿态转换所对应的姿态转换矩阵，与目标位置处的感应磁场系数所构建的方程组而求取得到。这有利于根据目标位置的实际情况，通过联立方程的方式，获得更加精确的感应磁场系数，从而有利于在后续的步骤中获取更优的目标位置对应的磁场修正值。

104、地磁检测装置根据地磁测量值、姿态转换矩阵以及感应磁场系数，确定目标位置对应的磁场修正值。

本发明实施例中，可选的，在步骤104中，地磁检测装置根据公式一，确定目标位置对应的磁场修正值，公式一如下：

公式一当中，

可见，本发明第一方面实施例中，通过获取载体在目标位置发生姿态转换而处于不同姿态所对应的地磁测量值、载体在目标位置发生姿态转换所对应的姿态转换矩阵、该目标位置的感应磁场系数，并根据上述三者，确定目标位置对应的磁场修正值，有利于弱化载体产生的磁场干扰对测量结果的影响，从而获取更加精确的目标位置处的地磁值，即目标位置对应的磁场修正值，进而有利于更加有效地实现载体磁干扰场的补偿。

本发明实施例中，可选的，步骤101、步骤102以及步骤103为用于确定步骤104中的目标位置对应的磁场修正值的相关量的获取步骤，步骤101、步骤102以及步骤103的先后顺序可以根据实际情况而改变，需要注意的是，步骤101至步骤103，需要在步骤104之前，即可。

为了更好地理解本发明第一方面实施例的内容，以下将以载体为飞行器的应用场景，对本发明第一方面实施例的基本原理进行阐述。

首先，确定地磁测量模型。设置在载体上的三轴磁传感器测量值

式(1-1)中变量都为在载体坐标系下的值，其中，

接着，确定地磁场解算差分模型。记磁强计初始值为

接着，针对载体(即飞行器)进行标定飞行。取第一次地磁测量值为初始状态，记为

然后控制载体平稳进行第二次姿态变化，记姿态变换矩阵为

同理，进行第三次、第四次姿态变换之后分别与前一次测量值做差，整理可以得到：

其中，姿态变换矩阵A可以由惯性器件给出，联立(1-3)、(1-4)、(1-5)、(1-6)四个方程可以求解出感应磁场系数K。

最后，对磁场求解。在求出感应磁场系数K之后，之后的地磁测量只需要测量两次不同姿态下的值即该载体在目标位置发生姿态转换而处于不同姿态所对应的地磁测量值，即可求解出当地的地磁场大小，记两次测量值分别为

图2是本发明第二方面实施例公开的一种地磁检测装置的示意图。该地磁检测装置设置在载体上，地磁检测装置包括获取模块201和确定模块202，其中：

获取模块201，用于获取载体在目标位置发生姿态转换而处于不同姿态所对应的地磁测量值；

获取模块201还用于获取载体在目标位置发生姿态转换所对应的姿态转换矩阵；

获取模块201还用于获取目标位置的感应磁场系数；

确定模块202，用于根据地磁测量值、姿态转换矩阵以及感应磁场系数，确定目标位置对应的磁场修正值。

可见，本发明第二方面实施例中，通过获取载体在目标位置发生姿态转换而处于不同姿态所对应的地磁测量值、载体在目标位置发生姿态转换所对应的姿态转换矩阵、该目标位置的感应磁场系数，并根据上述三者，确定目标位置对应的磁场修正值，有利于弱化载体产生的磁场干扰对测量结果的影响，从而获取更加精确的目标位置处的地磁值，即目标位置对应的磁场修正值，进而有利于更加有效地实现载体磁干扰场的补偿。

图3是本发明第三方面实施例公开的一种地磁检测装置的示意图。该地磁检测装置设置在载体上，该地磁检测装置包括：

存储有可执行程序代码的存储器301；

与存储器301耦合的处理器302；

进一步的，还可以包括与处理器302耦合的输入接口303和输出接口304；

其中，处理器302调用存储器301中存储的可执行程序代码，用于执行本发明第一方面实施例所描述的基于地磁测量值的修正方法的步骤。

本发明第四方面实施例公开了一种计算机可读存储介质，其存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，该计算机程序使得计算机执行本发明第一方面实施例所描述的基于地磁测量值的修正方法的步骤。

本发明实施例公开了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储了计算机程序的非瞬时性计算机可读存储介质，且该计算机程序可操作来使计算机执行本发明第一方面实施例所描述的基于地磁测量值的修正方法的步骤。

以上所描述的装置实施例仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施例的具体描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-timeProgrammable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

最后应说明的是：本发明实施例公开的一种基于地磁测量值的修正方法及地磁检测装置所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述的实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明的实施例技术方案的精神和范围。