CN107703469A - 一种磁力计标定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及磁力计标定领域，公开了一种磁力计标定方法及装置，通过获取磁力计的测量的地磁场数据；将所述地磁场数据做滤波处理；对滤波处理后的地磁场数据进行温度补偿；采用约束条件下的最小二乘法对温度补偿后的地磁数据进行椭圆拟合，求出椭圆系数；根据椭圆系数计算标定系数，通过标定系数进行误差校正，以获得补偿后的真实地磁强度。本发明降低了测量误差，能有效提高磁力计输出精度。

Description

一种磁力计标定方法及装置
技术领域
本发明涉及磁力计标定领域，尤其涉及一种磁力计标定方法及装置。
背景技术
磁力计主要用于测量惯性系统的线磁力，按照工作原理可以分为压阻式、电容式、谐振式、伺服式以及隧道式。工作原理不同，以及加工进度的难易使得具体性能有很大差异，其中，伺服式和隧道式测量精度和信噪比好于其他方式，但是，电容式磁力计是使用最为广泛的磁力计。在使用过程中，磁力计实际输出信号包含多种误差分量，不仅有耦合性误差，也有随机性误差，如图1所示，由于各种磁场干扰的存在，整个磁力计输出都发生扭曲，MEMS磁力计测量出来的磁场，呈现一个椭球的形状。
发明内容
本发明提供一种磁力计标定方法及装置，解决现有技术中振动数据采集存在非连续性，导致重要信息丢失的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种磁力计标定方法，包括：
获取磁力计的测量的地磁场数据；
将所述地磁场数据做滤波处理；
对滤波处理后的地磁场数据进行温度补偿；
采用约束条件下的最小二乘法对温度补偿后的地磁数据进行椭圆拟合，求出椭圆系数；
根据椭圆系数计算标定系数，通过标定系数进行误差校正，以获得补偿后的真实地磁强度。
一种磁力计标定装置，包括：
获取模块，用于获取磁力计的测量的地磁场数据；
滤波模块，用于将所述地磁场数据做滤波处理；
温度补偿模块，用于对滤波处理后的地磁场数据进行温度补偿；
系数拟合模块，用于采用约束条件下的最小二乘法对温度补偿后的地磁数据进行椭圆拟合，求出椭圆系数；
标定模块，用于根据椭圆系数计算标定系数，通过标定系数进行误差校正，以获得补偿后的真实地磁强度。
本发明提供一种磁力计标定方法及装置，通过获取磁力计的测量的地磁场数据；将所述地磁场数据做滤波处理；对滤波处理后的地磁场数据进行温度补偿；采用约束条件下的最小二乘法对温度补偿后的地磁数据进行椭圆拟合，求出椭圆系数；根据椭圆系数计算标定系数，通过标定系数进行误差校正，以获得补偿后的真实地磁强度。本发明降低了测量误差，能有效提高磁力计输出精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中磁力计测量出的磁场数值示意图；
图2为本发明实施例的一种磁力计标定方法的流程图；
图3为应用本发明实施例提供的一种磁力计标定方法测量出的磁场数值示意图；
图4为本发明实施例的一种磁力计标定装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，为一种磁力计标定方法，包括：
步骤101、获取磁力计的测量的地磁场数据；
其中，其中，通常在磁力计输出的过程中，系统误差由五类干扰源组成：量化误差Csf，耦合误差Cm，漂移误差Czb，硬磁误差Bm和软磁误差Sm，Bt为实际输出磁力矢量，Be为理论输出值，误差模型为Bt＝CmCsfSm(Be+Bm)+Sm
其中，硬磁干扰Bm主要是磁力计附近一些永磁体引起的干扰，其磁力影响可以认为强度和矢量方向是永恒的，不会随着环境而改变。软磁干扰Sm主要是磁力计附近的软磁体等引起，该磁场的大小和方向随环境和时间而变化，一般认为不存在磁滞现象，可以假定软磁干扰误差为线性，简化如下所示：
Be＝G×(Bt-Sm)-Bm，其中，
G为标定系数矩阵
步骤102、将所述地磁场数据做滤波处理；
步骤103、对滤波处理后的地磁场数据进行温度补偿；
步骤104、采用约束条件下的最小二乘法对温度补偿后的地磁数据进行椭圆拟合，求出椭圆系数；
步骤105、根据椭圆系数计算标定系数，通过标定系数进行误差校正，以获得补偿后的真实地磁强度。
步骤102中采用的滤波方法为卡尔曼滤波或防脉冲干扰平均滤波法。
步骤103中通过最小二乘法拟合进行温度补偿。
步骤104具体可以包括：
步骤104-1、根据三轴的地磁场数据Btx，Bty，Btz计算椭圆拟合矩阵H＝Aξ，
其中， 其中，
v为奇异值分解右矩阵；
步骤104-2、在为平差准则的情况下，对矩阵[A；H]进行SVD分解，以求解ξ；
步骤104-3、根据ξ求解值、椭圆系数矩阵i及椭球中心B0，将地磁数据的椭圆拟合表达式修改为椭圆系数矩阵 其中，GTG＝K×A，Bm＝G(B0-Sm)，G为标定系数矩阵，Bm为硬磁误差，Sm为软磁误差；
步骤105具体可以包括：
步骤105-1、对椭圆系数矩阵i进行SVD分解，其中，椭圆系数矩阵
步骤105-2、根据G＝-sqrt(Si)Vi，求解标定系数矩阵。本步骤中由于磁力计的值在算法解算过程中，只是一个标量，因此可设GTG＝K×A中的K＝1。
如图3所示，为本发明实施例中应用一种磁力计标定方法进行标定之后，测量出的磁场数值示意图，从图中可知椭圆的大小明显减小，说明误差已经大大减小，有效提高了磁力计输出精度。
本发明提供一种磁力计标定方法，通过获取磁力计的测量的地磁场数据；将所述地磁场数据做滤波处理；对滤波处理后的地磁场数据进行温度补偿；采用约束条件下的最小二乘法对温度补偿后的地磁数据进行椭圆拟合，求出椭圆系数；根据椭圆系数计算标定系数，通过标定系数进行误差校正，以获得补偿后的真实地磁强度。本发明降低了测量误差，能有效提高磁力计输出精度。
本发明实施例还提供了一种磁力计标定装置，如图4所示，包括：
获取模块410，用于获取磁力计的测量的地磁场数据；
滤波模块420，用于将所述地磁场数据做滤波处理；
温度补偿模块430，用于对滤波处理后的地磁场数据进行温度补偿；
系数拟合模块440，用于采用约束条件下的最小二乘法对温度补偿后的地磁数据进行椭圆拟合，求出椭圆系数；
标定模块450，用于根据椭圆系数计算标定系数，通过标定系数进行误差校正，以获得补偿后的真实地磁强度。
其中，所述滤波模块420，具体用于通过卡尔曼滤波或防脉冲干扰平均滤波法对所述系统测量值做滤波处理。
温度补偿模块430具体通过最小二乘法拟合进行温度补偿。
所述系数拟合模块440包括：
第一计算模块441，用于根据三轴的地磁场数据Btx，Bty，Btz计算椭圆拟合矩阵H＝Aξ，其中，
其中，
v为奇异值分解右矩阵；
第二计算模块442，用于在为平差准则的情况下，对矩阵[A；H]进行SVD分解，以求解ξ；
第三计算模块443，用于根据ξ求解值、椭圆系数矩阵i及椭球中心B0，将地磁数据的椭圆拟合表达式修改为椭圆系数矩阵其中，GTG＝K×A，Bm＝G(B0-Sm)，G为标定系数矩阵，Bm为硬磁误差，Sm为软磁误差。
所述标定模块450包括：
分解计算模块451，用于对椭圆系数矩阵i进行SVD分解，其中，椭圆系数矩阵
系数计算模块452，用于根据G＝-sqrt(Si)Vi，求解标定系数矩阵。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者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存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种磁力计标定方法，其特征在于，包括：
获取磁力计的测量的地磁场数据；
将所述地磁场数据做滤波处理；
对滤波处理后的地磁场数据进行温度补偿；
采用约束条件下的最小二乘法对温度补偿后的地磁数据进行椭圆拟合，求出椭圆系数；
根据椭圆系数计算标定系数，通过标定系数进行误差校正，以获得补偿后的真实地磁强度。
2.根据权利要求1所述的磁力计标定方法，其特征在于，所述将所述地磁场数据做滤波处理采用的滤波方法为卡尔曼滤波或防脉冲干扰平均滤波法。
3.根据权利要求1所述的磁力计标定方法，其特征在于，所述对滤波处理后的系统测量值通过最小二乘法拟合进行温度补偿。
4.根据权利要求1所述的磁力计标定方法，其特征在于，所述采用约束条件下的最小二乘法对温度补偿后的地磁数据进行椭圆拟合，求出椭圆系数的步骤包括：
根据三轴的地磁场数据Btx，Bty，Btz计算椭圆拟合矩阵H＝Aξ，其中， 其中，
v为奇异值分解右矩阵；
在为平差准则的情况下，对矩阵[A；H]进行SVD分解，以求解ξ；
根据ξ求解值、椭圆系数矩阵i及椭球中心B0，将地磁数据的椭圆拟合表达式修改为椭圆系数矩阵 其中，GTG＝K×A，Bm＝G(B0-Sm)，G为标定系数矩阵，Bm为硬磁误差，Sm为软磁误差。
5.根据权利要求1所述的磁力计标定方法，其特征在于，
对椭圆系数矩阵i进行SVD分解，其中，椭圆系数矩阵
根据G＝-sqrt(Si)Vi，求解标定系数矩阵。
6.一种磁力计标定装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取磁力计的测量的地磁场数据；
滤波模块，用于将所述地磁场数据做滤波处理；
温度补偿模块，用于对滤波处理后的地磁场数据进行温度补偿；
系数拟合模块，用于采用约束条件下的最小二乘法对温度补偿后的地磁数据进行椭圆拟合，求出椭圆系数；
标定模块，用于根据椭圆系数计算标定系数，通过标定系数进行误差校正，以获得补偿后的真实地磁强度。
7.根据权利要求6所述的磁力计标定装置，其特征在于，所述滤波模块，具体用于通过卡尔曼滤波或防脉冲干扰平均滤波法对所述系统测量值做滤波处理。
8.根据权利要求6所述的磁力计标定装置，其特征在于，温度补偿模块具体通过最小二乘法拟合进行温度补偿。
9.根据权利要求6所述的磁力计标定装置，其特征在于，所述系数拟合模块包括：
第一计算模块，用于根据三轴的地磁场数据Btx，Bty，Btz计算椭圆拟合矩阵H＝Aξ，其中， 其中，
v为奇异值分解右矩阵；
第二计算模块，用于在为平差准则的情况下，对矩阵[A；H]进行SVD分解，以求解ξ；
第三计算模块，用于根据ξ求解值、椭圆系数矩阵i及椭球中心B0，将地磁数据的椭圆拟合表达式修改为椭圆系数矩阵 其中，GTG＝K×A，Bm＝G(B0-Sm)，G为标定系数矩阵，Bm为硬磁误差，Sm为软磁误差。
10.根据权利要求6所述的磁力计标定装置，其特征在于，所述标定模块包括：
分解计算模块，用于对椭圆系数矩阵i进行SVD分解，其中，椭圆系数矩阵
系数计算模块，用于根据G＝-sqrt(Si)Vi，求解标定系数矩阵。
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