CN1069406C - 分量磁强计校正方法和可校正装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可精确修正制造、安装和载体磁场干扰误差的磁强计校正方法，包括根据12常数计算的修正公式和根据任选方位姿态所测数据求解12常数的方程。适于在磁性载体上捷联安装并不受其运行干扰、降低对磁强计和配套系统的要求、提高航迹磁场和方位姿态测量精度，并可构成磁-惯性方位姿态和导航系统，实现自动校正、方位姿态余度计算、消除累积漂移误差、自动修正充实磁场数据库，不必要求其完善性，能在磁异常区正常工作。

Description

分量磁强计校正方法和可校正装置

本发明涉及一种探头在载体上捷联安装的分量磁强计的校正方法、应用这种校正方法的分量磁强计及应用这种磁强计的装置，包括航迹环境磁场自动测量系统、磁方位系统(捷联式罗盘)、捷联式测斜定向系统、磁——惯性方位姿态系统和磁——惯性导航系统等典型系统。

分量磁强计不但用于磁测，而且用于测量载体方位姿态，但现有的分量磁强计使用精度不高，缺乏精确的校正方法，严重地妨害它在高精度测量工程和有磁性干扰的载体上的应用。例如在航迹环境磁场测量作业中，不得不将其探头放在远离运动载体本体的地方，如固定在导杆末端再弹射到卫星外面，悬挂在飞机下方，支撑在车辆或舰船上方等，不但结构复杂而且影响测量精度和载体运行；探头捷联安装的分量磁强计用于测定载体方位姿态时具有优良的动基座工作性能，但不能沿用传统磁罗盘的安装校正方法，所以，应用这种磁强计的捷联式罗盘和捷联式测斜定向系统的使用精度往往不能满足要求，在载体磁场比较强时甚至无法应用；应用惯性传感器的方位姿态和导航系统的方位精度较差，应用其精度较高的姿态数据和分量磁强计测量的环境磁场数据，根据坐标变换公式计算方位角，用于进行方位对准，是目前最受欢迎的方案；惯性系统提供的方位姿态数据具有累积漂移误差，而分量磁强计用于测量方位姿态没有累积误差，正好可以弥补之，构成磁——惯性系统。国内、外航空工程界已经或正在研制这种新型方位姿态和导航系统，但因磁强计的使用精度不能满足要求，至今未能正式使用。磁——惯性方位姿态和导航系统的另外两项技术难题——航迹环境磁场数据不完善不准确(例如：地磁场数据只能依靠地磁监测部门提供的地磁图，显然不敷需要)和通过磁异常区时方位姿态数据不可信，也因分量磁强计使用精度不高而难以解决。

本发明的目的是提供分量磁强计的精确校正方法和能彻底修正其制造误差、安装误差和载体磁场干扰误差的高精度分量磁强计及应用这种磁强计的各种系统，包括提供一种能自动精确校正、自动完善航迹环境磁场数据库和消除磁异常区影响的磁——惯性方位姿态和导航系统。

为了达到上述目的，本发明所述的分量磁强计的精确校正方法包括：a)将分量磁强计安装在载体上并置于校正地，改变载体的方位姿态，记录各组方位姿态数据和对应的分量磁强计实测数据；b)根据校正地的环境磁场数据和各组方位姿态数据，应用坐标变换公式，计算与各组方位姿态数据对应的分量磁强计应测环境磁场分量数据；c)将各组方位姿态对应的分量磁强计实测三维数据H_mx、H_my、H_mz和应测三维数据H_x、H_y、H_z代入修正常数基本计算公式

            f_xxH_x+f_xyH_y+f_xzH_z+F_x＝H_mx

            f_yxH_x+f_yyH_y+f_yzH_z+F_y＝H_my

            f_zxH_x+f_zyH_y+f_zzH_z+F_z＝H_mz分别获得以修正常数f_xx、f_xy、f_xz、F_x或f_yx、f_yy、f_yz、F_y或f_zx、f_zy、f_zz、F_z为未知数的方程；d)根据与四组或更多组方位姿态对应的上述方程联立求解修正常数；当联立方程数超过四个时，按组合原则，先任选四个方程联立求解有关修正常数，再求每个修正常数的所有组合的解的统计平均值，供修正计算使用；当载体不便改变方位姿态和磁强计精度可以满足要求时，给定f_xx＝f_yy＝f_zz＝1、f_xy＝f_xz＝f_yx＝f_yz＝f_zx＝f_zy＝0，根据任意一组方位姿态对应的上述方程计算修正常数F_x、F_y、F_z，或在多组方位姿态下分别确定F_x、F_y、F_z、再求其统计平均值；e)根据经校正确定的修正常数，应用基本修正公式 $\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{mx}}-F_x\\ H_{\mathrm{my}}-F_y\\ H_{\mathrm{mz}}-F_z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{f}_{\mathrm{xx}}& f_{\mathrm{xy}}& f_{\mathrm{xz}}\\ f_{\mathrm{yx}}& f_{\mathrm{yy}}& f_{\mathrm{yz}}\\ f_{\mathrm{zx}}& f_{\mathrm{zy}}& f_{\mathrm{zz}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{H}_x\\ H_y\\ H_z\end{array}\right]$

计算分量磁强计应测当地环境磁场强度的三维数据H_x、H_y、H_z；

当所校磁强计为三分量磁强计时，可用上述基本修正公式的变换公式 $\left[\begin{array}{c}{H}_x\\ H_y\\ H_z\end{array}\right]=A^{-1}\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{mx}}-F_x\\ H_{\mathrm{my}}-F_y\\ H_{\mathrm{mz}}-F_z\end{array}\right]$ 其中 $A=\left[\begin{array}{ccc}{f}_{\mathrm{xx}}& f_{\mathrm{xy}}& f_{\mathrm{xz}}\\ f_{\mathrm{yx}}& f_{\mathrm{yy}}& f_{\mathrm{yz}}\\ f_{\mathrm{zx}}& f_{\mathrm{zy}}& f_{\mathrm{zz}}\end{array}\right]$ 直接求解H_x、H_y、H_z或用于计算其它数据；当所校磁强计为二分量或单分量磁强计时，用上述基本修正公式的分立公式

               f_xxH_x+f_xyH_y+f_xzH_z＝H_mx-F_x

               f_yxH_x+f_yyH_y+f_yzH_z＝H_my-F_y

               f_zxH_x+f_zyH_y+f_zzH_z＝H_mz-F_z中与该磁强计实测数据有关的公式与一个或两个根据当地环境磁场数据和载体方位姿态数据计算H_x和/或H_y和/或H_z的坐标变换公式，联立求解H_x和/或H_y和/或H_z。

当磁强计精度可以满足要求时，从上述分立公式中删除其未测分量对应的应测分量项，直接求解。

应用上述校正方法的分量磁强计及包括这种磁强计的装置配备采样装置和计算机之后，便可自动修正磁强计实测数据。该计算机备有存贮磁强计修正常数的专用地址，该专用地址能将存贮数据一直保存到下次交正修改之前，在每次按上述方法a、b、c、d校正和计算之后，将修正常数存入计算机的专用地址或修改此前存入的数据；该计算机还设置上述方法e所述的磁强计修正公式的计算程序。

本发明所述的分量磁强计的校正方法、应用这种校正方法的磁强计和应用这种磁强计的装置的优点是：(1)可以彻底修正磁强计的制造误差、安装误差和载体磁场干扰误差；(2)降低了对磁强计的制造和安装精度要求；(3)校正时只需要随意改变载体的方位姿态，并可自动校正；(4)由于实现了高精度测量并允许载体具有较强磁性，扩大了应用范围；(5)由于提高了磁强计使用精度，可构成磁——惯性方位姿态和导航系统，实现方位姿态加权余度计算，消除累积漂移误差，降低惯性传感器和惯性导航系统的精度要求或获得更高的精度，可在环境磁场数据库不完善不精确的状况下开始投入使用并能自我完善，进入磁异常区时不影响性能。

下面以航空磁——惯性导航系统为实施例，对本发明作进一步详细的描述。

图1是磁——惯性导航系统导航计算机增设的运算程序框图。

该系统由三分量磁强计、惯性导航系统和状态选择器构成；惯性导航系统的采样装置兼对磁强计实测数据进行同步采样，导航计算机加设磁强计修正常数计算程序、方位对准程序、方位姿态加权余度计算程序、纯惯性工作分状态计算程序、可保存至下次校正、修改的磁强计修正常数专用地址和地磁场强度在地理坐标系(右手系)三轴方向分量H_xo、H_yo、H_zo的地磁图数据库。

状态选择器设置“校正”和“运行”两个状态指令；导航计算机直接接受状态选择器的指令，校正状态执行上述磁强计修正常数计算程序，运行状态执行上述方位姿态加权余度计算程序或纯惯性工作分状态计算程序。

三分量磁强计探头的三个敏感轴对准飞机坐标系(右手系)三轴方向安装。

本系统定义的飞机真方位ψ、横滚γ和俯仰θ符合下述规定：飞机坐标系与地理坐标系重合时为ψ＝γ＝θ＝0，飞机由此方位姿态绕自身竖轴转过ψ，再绕自身纵轴转过γ，最后绕自身横轴转过θ，到达实时方位姿态。

本系统适用的原理公式如下：

根据H_xo、H_yo、H_zo计算三分量磁强计应测数据H_x、H_y、H_z的公式：应用坐标变换公式， $\left[\begin{array}{c}{H}_x\\ H_y\\ H_z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& -\sin \mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ \sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\γ}& \sin \mathrm{\γ}\\ 0& -\sin \mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\γ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ψ}& \sin \mathrm{\ψ}& 0\\ -\sin \mathrm{\ψ}& \cos \mathrm{\ψ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{xo}}\\ H_{\mathrm{yo}}\\ H_{\mathrm{zo}}\end{array}\right]....\left(1\right)$ 捷联式三分量磁强计基本修正公式： $\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{mx}}-F_x\\ H_{\mathrm{my}}-F_y\\ H_{\mathrm{mz}}-F_z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{f}_{\mathrm{xx}}& f_{\mathrm{xy}}& f_{\mathrm{xz}}\\ f_{\mathrm{yx}}& f_{\mathrm{yy}}& f_{\mathrm{yz}}\\ f_{\mathrm{zx}}& f_{\mathrm{zy}}& f_{\mathrm{zz}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{H}_x\\ H_y\\ H_z\end{array}\right]......\left(2\right)$ 其中H_mx、H_my、H_mz——三分量磁强计实测数据；

F_x、F_y、F_z、f_xx、f_xy、f_xz、f_yx、f_yy、f_yz、f_zx、f_zy、f_zz——修正常数。

修正常数基本计算公式：根据式(1)、(2)， $\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{mx}}-F_x\\ H_{\mathrm{my}}-F_y\\ H_{\mathrm{mz}}-F_z\end{array}\right]=$ $\left[\begin{array}{ccc}{f}_{\mathrm{xx}}& f_{\mathrm{xy}}& f_{\mathrm{xz}}\\ f_{\mathrm{yx}}& f_{\mathrm{yy}}& f_{\mathrm{yz}}\\ f_{\mathrm{zx}}& f_{\mathrm{zy}}& f_{\mathrm{zz}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& -\sin \mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ \sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\γ}& \sin \mathrm{\γ}\\ 0& -\sin \mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\γ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ψ}& \sin \mathrm{\ψ}& 0\\ -\sin \mathrm{\ψ}& \cos \mathrm{\ψ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{xo}}\\ H_{\mathrm{yo}}\\ H_{\mathrm{zo}}\end{array}\right]....\left(3\right)$ ∴  f_xx[(H_xocosψ+H_yosinψ)cosθ-(H_xosinψ-H_yocosψ)sinθsinγ-H_zosinθcosγ]+

+f_xy[-(H_xosinψ-H_yocosψ)cosγ+H_zosinγ]+

+f_xz[(H_xocosψ+H_yosinψ)sinθ+(H_xosinψ-H_yocosψ)cosθsinγ+H_zocosθcosγ]+

+F_x＝H_mx                                                                  (4)

f_yx[(H_xocosψ+H_yosinψ)cosθ-(H_xosinψ-H_yocosψ)sinθsinγ-H_zosinθcosγ]+

+f_yy[-(H_xosinψ-H_yocosψ)cosγ+H_zosinγ]+

+f_yz[(H_xocosψ+H_yosinψ)sinθ+(H_xosinψ-H_yocosψ)cosθsinγ+H_zocosθcosγ]+

+F_y＝H_my                                                                  (5)

f_zx[(H_xocosψ+H_yosinψ)cosθ-(H_xosinψ-H_yocosψ)sinθsinγ-H_zosinθcosγ]+

+f_zy[-(H_xosinψ-H_yocosψ)cosγ+H_zosinγ]+

+f_zz[(H_xocosψ+H_yosinψ)sinθ+(H_xosinψ-H_yocosψ)cosθsinγ+H_zocosθcosγ]+

+F_z＝H_mz                                                                  (6)

磁强计修正公式：根据式(2)， $\left[\begin{array}{c}{H}_x\\ H_y\\ H_z\end{array}\right]=A^{-1}\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{mx}}-F_x\\ H_{\mathrm{my}}-F_y\\ H_{\mathrm{mz}}-F_z\end{array}\right]......\left(7\right)$ 其中 $A=\left[\begin{array}{ccc}{f}_{\mathrm{xx}}& f_{\mathrm{xy}}& f_{\mathrm{xz}}\\ f_{\mathrm{yx}}& f_{\mathrm{yy}}& f_{\mathrm{yz}}\\ f_{\mathrm{zx}}& f_{\mathrm{zy}}& f_{\mathrm{zz}}\end{array}\right]$

根据H_x、H_y、H_z、H_xo、H_yo、H_zo计算真方位ψ_M、横滚γ_M、俯仰θ_M的公式：应用坐标变换公式， ${\mathrm{\ψ}}_M={\mathrm{tg}}^{-1}\frac{({-H}_x\sin \mathrm{\θ}+H_z\cos \mathrm{\θ})\sin \mathrm{\γ}-H_y\cos \mathrm{\γ}}{H_x\cos \mathrm{\θ}+H_z\sin \mathrm{\θ}}+{\mathrm{tg}}^{-1}\frac{H_{\mathrm{yo}}}{H_{\mathrm{xo}}}...\left(8\right)$ ${\mathrm{\γ}}_M={\mathrm{tg}}^{-1}\frac{H_x\sin \mathrm{\θ}-H_z\cos \mathrm{\θ}}{H_y}+{\mathrm{tg}}^{-1}\frac{H_{\mathrm{zo}}}{-H_{\mathrm{xo}}\sin \mathrm{\ψ}+H_{\mathrm{yo}}\cos \mathrm{\ψ}}.....\left(9\right)$ ${\mathrm{\θ}}_M={\mathrm{tg}}^{-1}\frac{-H_x}{H_z}+{\mathrm{tg}}^{-1}\frac{H_{\mathrm{xo}}\cos \mathrm{\ψ}+H_{\mathrm{yo}}\sin \mathrm{\ψ}}{(H_{\mathrm{xo}}\sin \mathrm{\ψ}-H_{\mathrm{yo}}\cos \mathrm{\ψ})\sin \mathrm{\γ}+H_{\mathrm{zo}}\cos \mathrm{\γ}}...\left(10\right)$

根据H_x、H_y、H_z、ψ、γ、θ计算H_xo、H_yo、H_zo的公式：应用坐标变换公式， $\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{xo}}\\ H_{\mathrm{yo}}\\ H_{\mathrm{zo}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ψ}& -\sin \mathrm{\ψ}& 0\\ \sin \mathrm{\ψ}& \cos \mathrm{\ψ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\γ}& -\sin \mathrm{\γ}\\ 0& \sin \mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\γ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& \sin \mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ -\sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{H}_x\\ H_y\\ H_z\end{array}\right]...\left(11\right)$ ∴  H_xo＝H_x(cosθcosψ-sinθsinγsinψ)-H_ycosγsinψ+H_z(sinθcosψ+cosθsinγsinψ)

                                                                               (12)

H_yo＝H_x(cosθsinψ+sinθsinγcosψ)+H_ycosγcosψ+H_z(sinθsinψ-cosθsinγcosψ)

                                                                               (13)

H_zo＝-H_xsinθcosγ+H_ysinγ+H_zcosθcosγ                                    (14)

校正测量计算磁强计修正常数的步骤：

1)将飞机置于校正地；

2)启动磁—惯性导航系统及飞机上一切在工作状态下磁性影响不同于静止状态的机械、动力、电气设备；

3)依靠地标或测试仪器仪表完成惯性导航系统方位姿态的精确对准或修正；

4)飞机在校正地或升空改变方位姿态的同时，操纵状态选择器令导航计算机转入校正状态，执行下列磁强计修正常数的计算程序。

磁强计修正常数的计算程序：根据惯性导航系统计算所得的真方位ψ_N、横滚γ_N、俯仰θ_N、同步采样数据H_mx、H_my、H_mz和存贮的校正地H_xo、H_yo、H_zo，按图1所示计算，该程序包括：

1)将每次采样计算所得数据H_mx、H_my、H_mz、ψ_N、γ_N、θ_N存入规定地址；

2)按组合原则，将任选四组的采样计算数据H_mx、H_my、H_mz、ψ_N、γ_N、θ_N和H_xo、H_yo、H_zo分别代入式(4)、(5)和(6)，以ψ_N、γ_N、θ_N分别取代其中的ψ、γ、θ，分别联立求解修正常数；该程序也可分为两步：先应用式(1)计算磁强计应测数据H_x、H_y、H_z；再代入式(2)联立求解；

3)求每一个修正常数的所有组合的解的统计平均值，存入其专用地址；

4)计算完毕，导航计算机自动转入运行状态。

启动运行程序：

1)姿态初始对准：沿用惯性导航系统原定方法和程序；

2)方位初始对准：执行下列之方位对准程序；

3)正常运行：执行下列之方位姿态加权余度计算程序或纯惯性工作分状态计算程序；

4)导航定位计算：沿用惯性导航系统原定方法和程序。

方位对准程序：根据惯性导航系统计算所得并经对准的姿态数据γ_No、θ_No、同步采样数据H_mx、H_my、H_mz、存贮的H_xo、H_yo和12个修正常数，按图1所示计算。该程序包括：

1)根据γ_No、θ_No、H_mx、H_my、H_mz、H_xo、H_yo，应用式(7)和(8)，以γ_No、θ_No分别取代其中的γ、θ，计算ψ_Mo的程序；

2)根据ψ_Mo，对惯性导航系统进行方位对准的程序，即令其经对准的真方位ψ_No＝ψ_Mo。

方位姿态加权余度计算程序：导航计算机执行导航定位计算程序之前，插入加权余度计算方位姿态程序。根据惯性导航系统计算所得的ψ_N、γ_N、θ_N、同步采样数据H_mx、H_my、H_mz、存贮的当地H_xo、H_yo、H_zo和12个修正常数，按图1所示计算。该程序包括：

1)根据惯性导航系统本次(第i次)采样计算所得ψ_Ni、γ_Ni、θ_Ni和此前(第j次)计算所得其累积漂移误差修正量Δψ_Ni、Δγ_Ni、Δθ_Ni，按照下列公式，计算扣除累积漂移误差后的方位姿态数据

                           ψ′_Ni＝ψ_Ni+Δψ_Ni                          (15)

                           γ′_Ni＝γ_Ni+Δγ_Ni                          (16)

                           θ′_Ni＝θ_Ni+Δθ_Ni                          (17)

2)根据H_mx、H_my、H_mz和12个修正常数，应用式(7)，计算H_x、H_y、H_z；

3)根据H_x、H_y、H_z、H_xo、H_yo、H_xo，分别应用式(8)、(9)和(10)，以ψ′_Ni、γ′_Ni、θ′_Ni分别取代其中的ψ、γ、θ，由γ′_Ni、θ′_Ni计算ψ_Mi，由θ′_Ni、ψ′_Ni计算γ_Mi，由ψ′_Ni、γ′_Ni计算θ_Mi；

4)判别ψ_Mi、γ_Mi、θ_Mi是否正确，如果

                           |ψ_Mi-ψ′_Ni|＞Δψ_Mm                        (18)

                       或  |γ_Mi-γ′_Ni|＞Δγ_Mm                        (19)

                       或  |θ_Mi-θ′_Ni|＞Δθ_Mm                        (20)

其中Δψ_Mm、Δγ_Mm、Δθ_Mm——存贮的H_xo、H_yo、H_zo不准确造成的ψ_M、γ_M、θ_M误差

                              的允许极限则转入纯惯性工作分状态，否则继续下一步运算；

5)按照下列公式求解方位姿态加权余度计算数据

                           ψ′_i＝a_ψψ′_Ni+b_ψψ_Mi                      (21)

                           γ′_i＝a_γγ′_Ni+b_γγ_Mi                      (22)

                           θ′_i＝a_θθ′_Ni+b_θθ_Mi                      (23)其中a_ψ、b_ψ、a_γ、b_γ、a_θ、b_θ——根据ψ_M与ψ′_N、γ_M与γ′_N、θ_M与θ′_N的精度高低而定，

                                         而且可以根据运行工作条件和运行时间段而变，但

                                         应满足a_ψ+b_ψ＝1，a_γ+b_γ＝1，a_θ+b_θ＝1计算所得ψ′_i、γ′_i、θ′_i供显示、控制和计算导航定位数据之用；

6)按照下列公式，计算惯性导航系统实时累积漂移误差修正量

                          Δψ_Ni＝ψ′_i-ψ_Ni                             (24)

                          Δγ_Ni＝γ′_i-γ_Ni                             (25)

                          Δθ_Ni＝θ′_i-θ_Ni                             (26)其中第1次采样数据为惯性导航系统完成方位姿态对准以后的采样数据，因此给定此前的累积漂移误差Δψ_No＝Δγ_No＝Δθ_No＝0。计算所得Δψ_Ni、Δγ_Ni、Δθ_Ni供下次计算之用。

纯惯性工作分状态计算程序：导航计算机执行计算ψ′、γ′、θ′及完善、修正H_xo、H_yo、H_zo的程序。按图1所示，根据惯性导航系统计算所得的ψ_N、γ_N、θ_N和此前最后一次(第i次)计算所得其累积漂移误差修正量Δψ_Ni、Δγ_Ni、Δθ_Ni计算ψ′、γ′θ′；根据同步采样计算所得数据H_x、H_y、H_z、ψ′、γ′、θ′，计算H_xo、H_yo、H_zo。该程序计算顺序如下：

1)根据ψ_Ni、γ_Ni、θ_Ni、Δψ_Ni、Δγ_Ni、Δθ_Ni，按照下列公式，直接计算

                ψ′_i＝ψ_Ni+Δψ_Ni                                       (27)

                γ′_i＝γ_Ni+Δγ_Ni                                       (28)

                θ′_i＝θ_Ni+Δγ_Ni                                       (29)

2)根据H_x、H_y、H_z、ψ′_i、γ′_i、θ′_i，分别应用式(12)、(13)和(14)，以ψ′_i、γ′_i、θ′_i分别取代其中的ψ、γ、θ，计算H_xo、H_yo、H_zo；

3)将H_xo、H_yo、H_zo根据惯性导航系统提供的飞机实时同步位置数据，存入地磁数据库相应位置的地址，或修改其中数据。

Claims (7)

1.一种探头在载体上捷联安装的分量磁强计的校正方法，其特征在于：该校正方法包括

a)将分量磁强计安装在载体上并置于校正地，改变载体的方位姿态，记录各组方位姿态数据和对应的分量磁强计实测数据；

b)根据校正地的环境磁场数据和各组方位姿态数据，应用坐标变换公式，计算与各组方位姿态数据对应的分量磁强计应测环境磁场分量数据 $\left[\begin{array}{c}{H}_x\\ H_y\\ H_z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& -\sin \mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ \sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\γ}& \sin \mathrm{\γ}\\ 0& -\sin \mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\γ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ψ}& \sin \mathrm{\ψ}& 0\\ -\sin \mathrm{\ψ}& \cos \mathrm{\ψ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{xo}}\\ H_{\mathrm{yo}}\\ H_{\mathrm{zo}}\end{array}\right]$

其中H_xo、H_yo、H_zo为校正地环境磁场强度在地理坐标系(右手系)三轴方向分量；真方位ψ、横滚γ和俯仰θ符合下述规定：载体坐标系与地理坐标系重合时为ψ＝γ＝θ＝0，载体由此方位姿态绕自身竖轴转过ψ，再绕自身纵轴转过γ，最后绕自身横轴转过θ，到达实时方位姿态。

如果应用其它角度来描述实时方位姿态，应改用相应的等效公式来计算；

c)将各组方位姿态对应的分量磁强计实测三维数据H_mx、H_my、H_mz和应测三维数据H_x、H_y、H_z代入修正常数基本计算公式

        f_xxH_x+f_xyH_y+f_xzH_z+F_x＝H_mx

        f_yxH_x+f_yyH_y+f_yzH_z+F_y＝H_my

        f_zxH_x+f_zyH_y+f_zzH_z+F_z＝H_mz

  分别获得以修正常数f_xx、f_xy、f_xz、F_x或f_yx、f_yy、f_yz、F_y或f_zx、f_zy、f_zz、F_z为未知

  数的方程；

d)根据与四组或更多组方位姿态对应的上述方程联立求解修正常数；

  当联立方程数超过四个时，按组合原则，先任选四个方程联立求解有关

  修正常数，再求每个修正常数的所有组合的解的统计平均值，供修正计

  算使用；

  当载体不便改变方位姿态和磁强计精度可以满足要求时，给定f_xx＝f_yy＝

  f_zz＝1、f_xy＝f_xz＝f_yx＝f_yz＝f_zx＝f_zy＝0，根据任意一组方位姿态对应的上述

  方程计算修正常数F_x、F_y、F_z，或在多组方位姿态下分别确定F_x、F_y、F_z、再

  求其统计平均值；

e)根据经校正确定的修正常数，应用基本修正公式 $\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{mx}}-F_x\\ H_{\mathrm{my}}-F_y\\ H_{\mathrm{mz}}-F_z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{f}_{\mathrm{xx}}& f_{\mathrm{xy}}& f_{\mathrm{xz}}\\ f_{\mathrm{yx}}& f_{\mathrm{yy}}& f_{\mathrm{yz}}\\ f_{\mathrm{zx}}& f_{\mathrm{zy}}& f_{\mathrm{zz}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{H}_x\\ H_y\\ H_z\end{array}\right]$

计算分量磁强计应测实时环境磁场强度的三维数据H_x、H_y、H_z；

当所校磁强计为三分量磁强计时，用上述基本修正公式的变换公式 $\left[\begin{array}{c}{H}_x\\ H_y\\ H_z\end{array}\right]=A^{-1}\left[\begin{array}{c}{H}_{\mathrm{mx}}-F_x\\ H_{\mathrm{my}}-F_y\\ H_{\mathrm{mz}}-F_z\end{array}\right]$ 其中 $A=\left[\begin{array}{ccc}{f}_{\mathrm{xx}}& f_{\mathrm{xy}}& f_{\mathrm{xz}}\\ f_{\mathrm{yx}}& f_{\mathrm{yy}}& f_{\mathrm{yz}}\\ f_{\mathrm{zx}}& f_{\mathrm{zy}}& f_{\mathrm{zz}}\end{array}\right]$ 直接求解H_x、H_y、H_z或用于计算其它数据；当所校磁强计为二分量或一分量磁强计时，用上述基本修正公式的分立公式

          f_xxH_x+f_xyH_y+f_xzH_z＝H_mx-F_x

          f_yxH_x+f_yyH_y+f_yzH_z＝H_my-F_y

          f_zxH_x+f_zyH_y+f_zzH_z＝H_mz-F_z

中与该磁强计实测数据有关的公式与一个或两个根据当地环境磁场数据

和载体方位姿态数据计算H_x和/或H_y和/或H_z的坐标变换公式，联立求

解H_x和/或H_y和/或H_z。

当磁强计精度可以满足要求时，从上述分立公式中删除其未测分量对应

的应测分量项，直接求解。

2.应用权利要求1所述的校正方法的分量磁强计，该磁强计还包括采样装置和计算机，其特征在于：该计算机备有存贮磁强计修正常数的专用地址，该专用地址将存贮数据一直保存到下次校正修改之前，在每次按权利要求1中的a、b、c、d所述方法校正和计算之后，将修正常数存入计算机的专用地址或修改此前存入的数据；该计算机还设置权利要求1中的e所述的磁强计修正公式的计算程序。

3.应用权利要求2所述的分量磁强计的装置，该装置还包括惯性导航系统、记录装置和计算机，构成航迹环境磁场自动测量系统，其特征在于：该磁强计的探头直接固定在载体上；该采样装置采集磁强计实测数据和惯性导航系统计算所得的载体方位姿态位置数据，该计算机还设置坐标变换公式的计算程序，该程序根据载体方位姿态和磁强计应测数据计算环境磁场数据，并和载体实时位置数据一起存入记录装置。

4.应用权利要求2所述的分量磁强计的装置，该装置还包括提供载体方位角和姿态二角数据中的一角、二角或三角数据的惯性传感器，构成磁——惯性方位姿态系统，其特征在于：除根据惯性传感器提供的姿态二角计算磁方位的方位姿态系统外，该计算机设置航迹环境磁场数据库；该计算机还设置坐标变换公式的计算程序，该程序根据存贮的当地环境磁场数据、磁强计应测数据和惯性传感器提供的一角或二角数据计算其余的角数据。

5.应用权利要求2所述的分量磁强计的装置，该装置还包括惯性导航系统，所有采样计算功能均由惯性导航系统的相应装置完成，构成磁——惯性导航系统，其特征在于：惯性导航系统的数据采样装置采集自身数据时同步采集磁强计数据；并在计算机中设置航迹环境磁场数据库和坐标变换公式的计算程序，该程序根据存贮的当地环境磁场数据、磁强计应测数据和惯性导航系统计算所得的载体姿态数据计算方位数据，作为惯性导航系统方位对准数据。

6.根据权利要求3所述的航迹环境磁场自动测量系统，其计算机还存贮校正地环境磁场数据；或根据权利要求4所述的磁——惯性方位姿态系统，其惯性传感器提供方位姿态全部三个角数据；或根据权利要求5所述的磁——惯性导航系统，其特征在于：该系统还包括状态选择器，该选择器设置校正和运行两个状态指令，直接指令计算机执行校正状态程序或运行状态程序；计算机还增设按权利要求1中的b、c、d所述的磁强计修正常数计算程序，专供实现自动校正的校正状态使用。

7.根据权利要求4所述的方位姿态系统，其方位姿态传感器提供全部三个角数据；或根据权利要求5所述的磁——惯性导航系统，其特征在于：计算机还设置在为显示、控制和计算导航定位数据提供方位姿态数据之前进行方位姿态加权余度计算的下列程序：

a)根据方位姿态传感器提供的或惯性导航系统计算所得的实时方位姿态数据和此前计算所得其累积漂移误差修正量，计算扣除累积漂移误差后的方位姿态数据的程序；

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