CN105785477A - 一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于地磁测量领域，涉及一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法，包括步骤：(S1)选取校准区域，在区域中心位置设置一个无磁平面；用标量磁力仪测量无磁平面上方的地磁场模值，记作H_esum；(S2)将地磁矢量测量系统封装在一个无磁L面箱体中，将箱体放置在无磁平面上；(S3)翻转L面箱体，当每个面作为底面时，使L面箱体绕无磁平面的垂轴等角度差值旋转M个姿态，记录每个姿态时刻的三轴磁传感器输出值和惯导系统解算出的姿态角；(S4)建立线性方程组，以地磁场模值作为约束条件，联合求解，得到测量误差模型参数；(S5)对三轴磁传感器输出的测量数据进行校准，得到测量系统所在区域的地磁场矢量值。

Description

一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法

技术领域

本发明属于地磁测量领域，具体涉及一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法。

背景技术

地磁场是一个矢量场，在地理坐标系下，其三个分量分别为北向分量X、东向分量Y和垂直分量Z。以三个分量为基础，还可以得到地磁矢量的水平强度、磁偏角、磁倾角和总强度等要素。所谓地磁场矢量测量即获取地磁场在地理坐标系下的投影分量。在地磁场矢量测量中，通常需要用到三轴磁场传感器和惯导系统(由三轴陀螺仪和加速度计组成)。三轴磁场传感器用于测量地磁场在磁场传感器敏感轴方向的投影分量，三轴陀螺仪用于测量惯性元件敏感轴与地理坐标系之间的欧拉角。地磁矢量测量误差主要来源于：测量系统中铁磁材料产生的硬磁与软磁干扰磁场、磁传感器与惯性系统敏感轴间的非对准误差等。

地磁矢量测量误差校准方法可分为两类：一类是分离校准法，即分别独立校准干扰磁场和非对准误差；一类是综合校准法，即一体化校准干扰磁场和非对准误差。在干扰磁场校准方面，JosephA.Rice，Jr.，Plano，Tex.等人申请了美国国家专利(美国专利号5182514，1993年1月26日，Automaticcompensatorforanairbornemagneticanomalydetector)，采用1个三轴磁场传感器和一个标量磁场传感器，利用两者输出计算出地磁场与飞机坐标系间的方向余弦，进行干扰磁场补偿。但对于干扰磁场强度较大的场合，方向余弦无法测出。房建成等人(JianchengFang,HongweiSun,JuanjuanCao,XiaoZhang,andYeTao,ANovelCalibrationMethodofMagneticCompassBasedonEllipsoidFitting，IEEEtransactionsoninstrumentationandmeasurement，2011，60(6)：2053-2061)针对磁罗盘的干扰补偿问题，基于椭圆体假设，将问题转化为二次椭球面参数的最优估计问题。此方法可以求解出参数的相对值，而无法得到准确值，所以只可用于指示方向，不能用于测量地磁场矢量。S.Bonneta等人(S.Bonnet,C.Bassompierre,C.Godin,S.Lesecq,A.Barraud，Calibrationmethodsforinertialandmagneticsensors，SensorsandActuatorsA:Physical，2009,156:302-311)也研究了惯性传感器与磁场传感器组合起来之后，磁场传感器的干扰补偿问题，但依然是基于椭圆体假设进行的。

在磁场传感器与陀螺仪坐标系对准方面，庞鸿锋等人申请了国家发明专利(申请号：201210355541.7，用于地磁要素测量系统的非对准误差校正方法)采用直角型台面和正六面箱体，通过多次翻转无磁正六面体，令翻转后的无磁正六面体仍然紧靠直角型台面。利用重力矢量不变性，建立和求解非线性方程组来获取磁场传感器与惯导系统之间的非对准角。此方法要求直角型台面的平面度和垂直度非常高，且每次翻转都要求台面和箱体紧密契合。此方法对设备的加工精度和操作精度均要求较高。

在误差综合校准方面，张琦等人申请了国家发明专利(申请号：201410477818.2，一种基于线性模型的地磁矢量测量误差综合补偿方法)。首先根据全球地磁模型计算地理坐标系下试验区域的地磁场矢量值；其次，以三轴磁传感器和三轴陀螺仪输出值建立线性方程组；最后，求解方程组，得到误差模型参数和补偿后的地磁场值矢量。但由全球地磁模型得到的地磁场矢量值与真实值存在较大差异，会影响参数估计精度和误差校准精度。

综上方法存在如下问题：1)在干扰磁场补偿方面，用于估计干扰磁场模型参数的椭球面方程为二次，解存在多个局部最优，难以保证估计值与真实值之间的一致性；2)在非对准角校准方面，对校准和补偿设备的加工精度、操作精度方要求很高；3)在误差综合校准方面，地磁场矢量难以准确获取(全球地磁模型计算出的地磁矢量值与真实值存在较大差异)，会影响误差校准精度。当前，还缺乏一种有效的用于干扰磁场和非对准角的误差综合校准方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法，包括以下步骤：

(S1)选取校准区域，在区域中心位置设置一个无磁平面；建立地理坐标系，地磁场在地理坐标系下其三个分量分别为北向分量X、东向分量Y和垂直分量Z，用标量磁力仪测量无磁平面上方的地磁场模值，记作H_esum；

(S2)将地磁矢量测量系统封装在一个无磁L面箱体中，L≥4且取整数，将箱体放置在无磁平面上；所述地磁矢量测量系统包括三轴磁传感器和惯导系统，惯导系统包含三轴陀螺仪与三轴加速度计；

(S3)翻转L面箱体，依次使箱体的每个面作为底面放置在无磁平面上；当每个面作为底面时，使L面箱体绕无磁平面的垂轴等角度差值旋转M个姿态，M≥4且取整数，记录每个姿态时刻的三轴磁传感器输出值和惯导系统解算出的姿态角；

(S4)根据步骤(S3)中三轴磁传感器输出值和惯导系统解算出的姿态角，建立线性方程组，以步骤(S1)中地磁场模值作为约束条件，进行联合求解，得到测量误差模型参数；

(S5)依据测量误差模型参数，对三轴磁传感器输出的测量数据进行校准，得到测量系统所在区域的地磁场矢量值。

进一步地，所述步骤(S4)具体为：

(a)三轴磁传感器输出值和惯导解算出的姿态角构成了3×12维矩阵A_l，矩阵为矩阵A_l的广义逆矩阵；则令得到三个矩阵D₁、D₂、D₃，I表示单位矩阵；

建立线性方程组为：

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{D}_2^T{D}_2(i,j)+k_2\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{D}_2^T{D}_3(i,j)=-\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{D}_2^T{D}_1(i,j)\\ k_1\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{D}_3^T{D}_2(i,j)+k_2\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{D}_3^T{D}_3(i,j)=-\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{D}_3^T{D}_1(i,j)\end{array}\right.$

求解方程组，得到待定参数k₁、k₂，其中，T表示矩阵转置运算，N＝L*M，表示姿态总数，表示矩阵与矩阵D₂相乘后得到矩阵的第i行j列位置对应的元素，i,j取整数。

(b)计算地磁场X分量h_enx：

将k₁、k₂代入方程

得到再根据地理位置确定h_enx符号，北半球取“+”号，南半球取“-”号。

(c)计算地磁场Y、Z分量h_eny、h_enz：

将k₁、k₂、h_enx分别代入方程h_eny＝k₁h_enx，h_enz＝k₂h_enx；

(d)计算测量误差模型参数构成的向量V：

将代入方程：

$V=A_l^{+}{\left[\begin{array}{ccc}{h}_{enx}& h_{eny}& h_{enz}\end{array}\right]}^T$

所述向量V表示为V＝[v₁,v₂,v₃,v₄,v₅,v₆,v₇,v₈,v₉,v₁₀,v₁₁,v₁₂]，根据向量V，即可求解出测量误差模型参数

H_h＝A_smi[v₁₀v₁₁v₁₂]^T，A_smi是A_psmi的逆矩阵。

进一步地，所述步骤(S5)的具体过程为：

根据下式对三轴磁传感器的输出值进行校准，得到校准后的地理坐标系下地磁矢量值H_en：

H_en＝A_pinA_psmi(H_m-H_h)

其中H_m为三轴磁传感器的输出值，测量误差模型参数H_h、A_psmi与向量V＝[v₁,v₂,v₃,v₄,v₅,v₆,v₇,v₈,v₉,v₁₀,v₁₁,v₁₂]的关系如下：

$A_{psmi}=\left[\begin{array}{ccc}{v}_1& v_4& v_7\\ v_2& v_5& v_8\\ v_3& v_6& v_9\end{array}\right]$

H_h＝A_smi[v₁₀v₁₁v₁₂]^T

A_pin是惯导坐标系至地理坐标系的转换矩阵，由惯导系统解算出的姿态角的三角函数组成，A_psmi,A_smi互为逆矩阵。

进一步地，所述步骤(S1)中校准区域的地磁场是均匀的。

进一步地，所述校准区域的地磁场的磁场梯度小于5nT/m。

进一步地，所述标量磁力仪为质子磁力仪或光泵磁力仪。

进一步地，所述L的取值为6。

为了更好理解本发明，现将其原理及计算公式推导详细叙述如下：本发明提出一种对设备要求低、操作简便的地磁场矢量测量误差校准方法。地磁矢量测量系统由三轴磁传感器和惯导系统组成，其中惯导系统含三轴陀螺仪和三轴加速度计。将测量系统放置在一无磁平面上，进行若干姿态翻转，得到若干组姿态值和三分量磁场值，建立方程组；采用标量磁力仪(质子或光泵磁力仪)测量无磁平面上方的地磁场模值，作为约束条件联合求解，不仅可得到干扰磁场模型参数，而且得到当地地磁场矢量值。利用求解的模型参数，可对干扰磁场和非对准角误差进行综合校准。

(一)选取一个地磁场较为均匀的校准和补偿区域(磁场梯度<5nT/m)，在中心区域设置一个无磁平面；

(二)用标量磁力仪(质子或光泵磁力仪)测量无磁平面上方的地磁场模值，记作H_esum；

(三)将构成地磁场矢量测量系统的三轴磁场传感器和惯导系统封装在一个无磁的箱体中，三轴磁传感器和惯导系统不需要精确对准和标定；

(四)建立坐标系1：以测量系统中心点为坐标原点，以三轴磁传感器敏感轴为坐标轴构成的坐标系，也称为磁坐标系；

(五)建立坐标系2：以测量系统中心点为坐标原点，以惯导系统敏感轴为坐标轴构成的坐标系，也称为惯导坐标系；

(六)建立坐标系3：以测量系统中心点为坐标原点，分别以地理北向、地理东向和垂直向下为x、y、z轴构成的坐标系，也称为地理坐标系；

(七)地磁场矢量在地理坐标系下的投影矢量为：

H_en＝[h_enxh_enyh_enz]^T，为待求解参数；

(八)磁坐标系与惯导坐标系之间的欧拉角(非对准角)大小为未知值，记为：α₀,β₀,γ₀，则两个坐标系之间的欧拉旋转矩阵A_mi为：

$A_{mi}=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& {\mathrm{cos\&gamma;}}_0& {\mathrm{sin\&gamma;}}_0\\ 0& -{\mathrm{sin\&gamma;}}_0& {\mathrm{cos\&gamma;}}_0\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\&beta;}}_0& 0& -{\mathrm{sin\&beta;}}_0\\ 0& 1& 0\\ {\mathrm{sin\&beta;}}_0& 0& {\mathrm{cos\&beta;}}_0\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\&alpha;}}_0& {\mathrm{sin\&alpha;}}_0& 0\\ -{\mathrm{sin\&alpha;}}_0& {\mathrm{cos\&alpha;}}_0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]---\left(1\right)$

(九)惯导坐标系与地理坐标系之间的欧拉角是惯导系统解算出的姿态角，包括航向角α、俯仰角β、滚转角γ，则两个坐标系之间的欧拉旋转矩阵A_in为：

$A_{in}=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\&gamma;}& \sin \mathrm{\&gamma;}\\ 0& -\sin \mathrm{\&gamma;}& \cos \mathrm{\&gamma;}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\&beta;}& 0& -\sin \mathrm{\&beta;}\\ 0& 1& 0\\ \sin \mathrm{\&beta;}& 0& \cos \mathrm{\&beta;}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\&alpha;}& \sin \mathrm{\&alpha;}& 0\\ -\sin \mathrm{\&alpha;}& \cos \mathrm{\&alpha;}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]---\left(2\right)$

(十)地磁场矢量在磁坐标系下投影矢量为H_em＝[h_emxh_emyh_emz]^T，则H_en与H_em满足关系式(3)：

H_em＝A_miA_inH_en(3)

(十一)在磁坐标系下，磁传感器测量模型表示为：

H_m＝H_em+H_h+A_sH_em＝(A_s+I)H_em+H_h(4)

其中：H_m＝[h_mx,h_my,h_mz]^T为三轴磁传感器的测量值；

H_h＝[h_hx,h_hy,h_hz]^T为硬磁干扰矢量；

A_sH_em为软磁干扰矢量，为软磁干扰系数矩阵；

(十二)借助关系式(3)，磁传感器的测量模型可以表示为：

H_m＝A_smiA_inH_en+H_h(5)

其中：A_smi＝(A_s+I)A_mi，为软磁干扰系数矩阵和非对准角耦合在一起的模型参数矩阵；H_h、A_smi为待估的测量误差模型参数。

(十三)进一步，得到地磁矢量的表达式：

H_en＝A_pinA_psmiH_m-A_pinH_ph(6)

其中：

H_ph＝A_psmiH_h＝[h_phxh_phyh_phz]^T。

(十四)进一步整理后，得到分量方程形式：

$A_{l}V=\left[\begin{array}{c}{h}_{enx}\\ h_{eny}\\ h_{enz}\end{array}\right]---\left(7\right)$

其中：A_l＝[A_pinh_mxA_pinh_myA_pinh_mz-A_pin]

V＝[b₁₁b₁₂b₁₃b₂₁b₂₂b₂₃b₃₁b₃₂b₃₃h_phxh_phyh_phz]＝[v_i],(i＝1,2,3,...,12)

(十五)令h_eny＝k₁h_enx、h_enz＝k₂h_enx，则上式变为：

$A_{l}V=\left[\begin{array}{c}{h}_{enx}\\ k_1{h}_{enx}\\ k_2{h}_{enx}\end{array}\right]---\left(8\right)$

(十六)得到含参数k₁,k₂的V极小范数最小二乘解：

$V=A_l^{+}\left[\begin{array}{c}{h}_{enx}\\ k_1{h}_{enx}\\ k_2{h}_{enx}\end{array}\right]---\left(9\right)$

其中：是A_l的广义逆矩阵。

(十七)得到残差C：

$C=A_{l}V-\left[\begin{array}{c}{h}_{enx}\\ k_1{h}_{enx}\\ k_2{h}_{enx}\end{array}\right]=\&lsqb;\begin{array}{ccc}{D}_1& D_2& D_3\end{array}\&rsqb;\left[\begin{array}{c}{h}_{enx}\\ k_1{h}_{enx}\\ k_2{h}_{enx}\end{array}\right]---\left(10\right)$

其中：

(十八)令残差平方和C^TC最小(即求C^TC的极小值)，k₁、k₂可由下面方程组得到：

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_2^T{D}_2(i,j)+k_2\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_2^T{D}_3(i,j)=-\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_2^T{D}_1(i,j)\\ k_1\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_3^T{D}_2(i,j)+k_2\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_3^T{D}_3(i,j)=-\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_3^T{D}_1(i,j)\end{array}\right.---\left(11\right)$

(十九)根据标量磁力仪测量值，添加地磁场模值约束条件,

$\sqrt{h_{enx}^2}\sqrt{1+k_1^2+k_2^2}=H_{esum}---\left(12\right)$

得到再根据地理位置确定h_enx符号：北半球取“+”号，南半球取“-”号。

(二十)将k₁、k₂、H_enx代入下面方程组：

$\begin{array}{c}{h}_{eny}=k_1{h}_{enx}\\ h_{enz}=k_2{h}_{enx}\end{array}---\left(13\right)$

即可得到h_eny、h_enz。

(二十一)将[h_enxh_enyh_enz]^T代入方程：

$V=A_l^{+}{\left[\begin{array}{ccc}{h}_{enx}& h_{eny}& h_{enz}\end{array}\right]}^T---\left(14\right)$

得到了测量误差模型参数构成的向量V，即可求解出误差模型参数4_psmi，H_h。

(二十二)对于本次测量数据和其他测量数据，均可以采用下式进行校准，实时得到地理坐标系下的地磁矢量值H_en:

H_en＝A_pinA_psmi(H_m-H_h)(15)

采用本发明取得的有益效果:本发明利用三轴磁场传感器和惯导系统的输出信息，建立线性方程组，以地磁场模植作为约束条件，根据南北半球地磁场X分量的方向，最终确定地磁场矢量和干扰磁场模型参数，用这些参数来综合校准地磁矢量测量中的干扰磁场(包括软磁与硬磁)和磁传感器与惯导系统敏感轴间的非对准等误差。本发明建立了干扰磁场和非对准角等误差的综合校准模型，将两种误差放在一起进行综合校准。在校准过程中，既建立了磁场分量的数学模型，又引入了磁场模值的约束关系，保证了误差模型参数估计的准确度和误差校准的精度。本发明是一种对设备要求低、操作简便、运算简单的地磁场矢量测量误差综合校准方法。

附图说明

图1是本发明方法工作流程图；

图2是本发明中箱体及测量系统布置示意图。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

进行仿真试验，用于试验区域位于北半球，假定选取的试验校准区域地磁场真值为：地磁场矢量H_en＝[35255-33200-2046]nT，地磁场模值H_esum＝48470nT(可采用质子磁力仪测量，nT为磁场单位)。

在磁传感器坐标系下，根据先验知识，预先假定测量系统中一些参数的数值，具体为：

硬磁干扰矢量为H_h＝[300500800]nT；

软磁干扰系数矩阵为

磁坐标系与惯导坐标系之间的欧拉角分别为：[α₀β₀γ₀]＝[645]度。

如图1所示，本发明方法工作流程图，具体实施例步骤如下：

1、将正六面箱体放置在无磁平面上，底面为1号面；如图2所示，正六面体箱体，与内部的三轴磁传感器与惯导系统。

2、记录三轴磁场传感器和惯导系统输出值；

3、将正六面箱体绕无磁水平面的垂轴，水平等角度差值旋转4个姿态，记录三轴磁场传感器和惯导系统的输出；

4、依次按照底面为2号至6号的顺序，重复上一骤；假设磁场传感器的测量噪声为5nT，惯导系统的测量噪声为0.5度，得到的测量数据如表1所示。

表1惯导系统和磁场传感器的测量数据

5、建立公式(11)方程组，求解出：k₁＝-0.941722,k₂＝-0.058027。

6、根据公式(12)(13)和试验区域位于北半球，h_enx分量取“+”，可以得到地磁场矢量H'_en及模值H'_esum的估计值为：

H'_en＝[35254.80-33200.22-2045.73]nT

H'_esum＝48469.996nT

7、利用公式(14)，可以求出误差参数向量V，得到公式(6)中的A_psmi,H_h，如下：

$A_{psmi}=\left[\begin{array}{ccc}0.7172& -0.1294& 0.0246\\ 0.0052& 0.8193& -0.0862\\ -0.2067& 0.0259& 0.7193\end{array}\right]$

H_h＝[299.25499.74801.54]nT

6、对磁场模型参数的评估。

1)根据仿真参数[α₀β₀γ₀]＝[645]，可以得到A_psmi的真实值为：

$A_{psmi}={\left(A_{mi}\right(A_s+I\left)\right)}^{-1}=\left[\begin{array}{ccc}0.7172& -0.1294& 0.0246\\ 0.0052& 0.8193& -0.0862\\ -0.2067& 0.0259& 0.7192\end{array}\right]$

A_psmi各元素真实值与估计值之间基本一致。

2)固定磁场H_h的真实值与估计值之间的误差小于：2nT；

3)地磁场矢量和模值的真实值与估计值之间的均误差小于：1nT。

7、对补偿效果的评估

利用式(15)，对传感器测量值进行校准。表2为地磁矢量校准值与真实值的误差，其中分量和总量的误差均值小于1nT，误差方差小于5nT。

表2补偿后，地磁场矢量和总量的误差(nT)

X分量	Y分量	Z分量	总量
				5.62	-0.26	-2.51	4.37
-2.60	4.22	2.07	-4.87
				-0.70	-0.82	-6.70	0.34
-4.43	-2.25	7.06	-1.98
				7.93	0.75	0.06	5.25
4.43	2.44	-0.28	1.57
				-6.04	5.70	0.50	-8.32
4.71	-4.28	1.31	6.30
				2.56	-3.01	3.75	3.76
1.89	-2.53	-2.28	3.20
				-2.23	3.16	8.54	-4.14
-4.22	-1.34	1.79	-2.22
				-0.66	-1.76	-0.81	0.75
1.08	-2.10	-7.46	2.54
				-0.81	4.04	-1.16	-3.30
0.78	3.83	3.48	-2.20
				5.33	6.64	-3.84	-0.51
1.09	-2.76	5.45	2.45
				4.52	-2.52	-2.16	5.10
-4.15	4.04	-4.96	-5.57
				0.30	-6.83	1.10	4.85
-3.44	-1.18	4.32	-1.88
				-8.16	-3.22	-4.40	-3.54
-2.83	0.04	-2.87	-1.96

应当指出，本发明并不局限于以上特定实施例，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

(S1)选取校准区域，在区域中心位置设置一个无磁平面；建立地理坐标系，地磁场在地理坐标系下其三个分量分别为北向分量X、东向分量Y和垂直分量Z，用标量磁力仪测量无磁平面上方的地磁场模值，记作H_esum；

(S2)将地磁矢量测量系统封装在一个无磁L面箱体中，L≥4且取整数，将箱体放置在无磁平面上；所述地磁矢量测量系统包括三轴磁传感器和惯导系统；

(S3)翻转L面箱体，依次使箱体的每个面作为底面放置在无磁平面上；当每个面作为底面时，使L面箱体绕无磁平面的垂轴等角度差值旋转M个姿态，M≥4且取整数，记录每个姿态时刻的三轴磁传感器输出值和惯导系统解算出的姿态角；

(S4)根据步骤(S3)中三轴磁传感器输出值和惯导系统解算出的姿态角，建立线性方程组，以步骤(S1)中地磁场模值作为约束条件，联合求解，得到测量误差模型参数；

(S5)依据测量误差模型参数，对三轴磁传感器输出的测量数据进行校准，得到测量系统所在区域的地磁场矢量值。

2.如权利要求1所述的一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法，其特征在于，所述步骤(S4)具体为：

(a)三轴磁传感器输出值和惯导解算出的姿态角构成了3×12维矩阵A_l，矩阵为矩阵A_l的广义逆矩阵；则令得到三个矩阵D₁、D₂、D₃，I表示单位矩阵；

建立线性方程组为：

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_2^T{D}_2(i,j)+k_2\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_2^T{D}_3(i,j)=-\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_2^T{D}_1(i,j)\\ k_1\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_3^T{D}_2(i,j)+k_2\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_3^T{D}_3(i,j)=-\underset{i,j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{D}_3^T{D}_1(i,j)\end{array}\right.$

求解方程组，得到待定参数k₁、k₂，T表示矩阵转置运算，N＝L*M，表示姿态总数，表示矩阵与矩阵D₂相乘后得到矩阵的第i行j列位置对应的元素；

(b)计算地磁场X分量h_enx：

将k₁、k₂代入方程

得到再根据地理位置确定h_enx符号，北半球取“+”号，南半球取“-”号；

(c)计算地磁场Y、Z分量h_eny、h_enz：

将k₁、k₂、h_enx分别代入方程h_eny＝k₁h_enx，h_enz＝k₂h_enx；

(d)计算测量误差模型参数构成的向量V：

将[h_enxh_enyh_enz]^T代入方程：

所述向量V表示为V＝[v₁,v₂,v₃,v₄,v₅,v₆,v₇,v₈,v₉,v₁₀,v₁₁,v₁₂]，根据向量V，即可求解出测量误差模型参数A_psmi,H_h，H_h＝A_smi[v₁₀v₁₁v₁₂]^T，A_smi是A_psmi的逆矩阵。

3.如权利要求1所述的一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法，其特征在于，所述步骤(S5)的具体过程为：

根据下式对三轴磁传感器的输出值进行校准，得到校准后的地理坐标系下地磁矢量值H_en：

H_en＝A_pinA_psmi(H_m-H_h)

其中H_m为三轴磁传感器的输出值，测量误差模型参数H_h、A_psmi与向量V＝[v₁,v₂,v₃,v₄,v₅,v₆,v₇,v₈,v₉,v₁₀,v₁₁,v₁₂]的关系如下：

$A_{psmi}=\left[\begin{array}{ccc}{v}_1& v_4& v_7\\ v_2& v_5& v_8\\ v_3& v_6& v_9\end{array}\right]$

H_h＝A_smi[v₁₀v₁₁v₁₂]^T

A_pin是惯导坐标系至地理坐标系的转换矩阵，由惯导系统解算出的姿态角的三角函数组成，A_psmi,A_smi互为逆矩阵。

4.如权利要求1所述的一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法，其特征在于，所述步骤(S1)中校准区域的地磁场是均匀的。

5.如权利要求1所述的一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法，其特征在于，所述校准区域的地磁场的磁场梯度小于5nT/m。

6.如权利要求1所述的一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法，其特征在于，所述标量磁力仪为质子磁力仪或光泵磁力仪。

7.如权利要求1所述的一种分量与总量约束结合的地磁矢量测量误差校准方法，其特征在于，所述L的取值为6。