CN113567902B - 一种矢量磁力梯度仪转向差校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矢量磁力梯度仪转向差校正方法，适用于两套矢量磁力仪组成磁力梯度仪的分量梯度误差校正，通过建立梯度误差校正模型，引入三轴无磁基准转台进行精确的姿态旋转，按照规范的姿态变换来分离和求取单个模型参数，逐个完成误差校正模型内的参数解算，该方法可避免复杂繁琐的矩阵运算；然后引入姿态航向传感器来获取矢量磁力梯度仪的三种角度信息，通过各分量剩余的梯度误差与角度数据的关系式来求取姿态误差校正参数。完成上述校正过程后，各分量梯度误差由最大±380.0nT降低至±4.0nT，校正误差下降了98.95％，极大的降低了矢量磁力梯度仪的输出转向差。
Description
技术领域
本发明属于磁传感器误差校正领域，主要是一种矢量磁力梯度仪转向差校正方法。
背景技术
矢量磁力仪由三个两两垂直的磁分量传感器组合，分别测量地磁场在其轴向的地磁分量，三个分量磁场根据三维坐标轴计算可以得到合成总场值，因此矢量磁力仪测量的磁场值包括分量的大小和方向、总场值的大小。标量磁力仪测量的磁场为地磁总场，只有大小没有方向，因此矢量磁力仪相比于标量磁力仪而言，测量的信息更加全面。
由两套矢量磁力仪按照各分量轴向一致的方向排列，使两个X轴分量方向一致、Y轴分量方向一致、Z轴分量方向一致，从而组成矢量磁力梯度仪，可以测量六路磁分量数量、三路矢量磁梯度数据，一路合成总场磁梯度数据，相比于单个矢量磁力仪或者标量磁力仪而言，测量的磁信息更加丰富，能够从多个参数上反映物质的磁场特性，解释信息更加丰富。
矢量磁力梯度仪测量的磁信息全面，但是影响测量精度的误差较多，若不做有效处理，有用信息将会淹没在噪声信号中。误差因素包含两个方面：一种是单个矢量磁力仪的输出误差，包括三轴不正交度误差、零点偏移、线性度不一致性等，该种误差已经有成熟的误差模型，通过获取不同姿态下的磁场数据，然后代入到误差模型中进行校正，即可实现误差的补偿；另一种是矢量磁梯度仪的梯度转向误差，包括两轴对齐误差，梯度零点误差、差分误差等，上述误差会导致矢量磁梯度仪采集过程中输出的梯度值误差很大，本技术方案主要针对后一种误差因素进行阐述，提供具体的解决方案。
发明专利《一种移动平台磁梯度张量系统校正方法CN201910461081.8》提出了一种磁梯度张量的校正方法，首先对单个传感器系统误差进行建模，实现单传感器系统误差补偿模型建立，然后在三维空间任意改变姿态采集数据并进行反演得到误差参数；然后对磁梯度张量系统非对准误差进行建模，并依次使X轴、Y轴、Z轴垂直于水平台，分别在水平方向上旋转并测量数据，代入模型并解算系数，仿真结果表明能够较大程度提高系统的校正精度。该方法在理论仿真上实现了特定方位上的有效校正，但在全方位上未开展仿真或实际测试，无法满足全量程范围内的误差修正，当状态改变后，参数将无法匹配，另外建立的模型采用差分进化算法，将各种误差因素糅合在一起，参数计算时需要大量的运算，不利于实时性。发明专利《一种各阶磁梯度张量仪的统一校正方法CN202010181000.1》通过建立各阶磁梯度张量仪的统一校正框架，获取各阶磁梯度张量旋转校正数据，将张量不变量作为约束准则，采用LM算法求解最优校正参数。该方法通过建立n阶校正矩阵，融合了标定因子误差、非正交误差和非对准误差，并将矩阵展开到二阶、三阶、、、n阶，获取复杂的矩阵方程进行最优化求解，模型过于复杂，需要大量的运算，不利于实时性，且无法单独获取到导致梯度误差的非对准误差参数值。发明专利《一种全张量磁梯度数据补偿优化方法及系统CN201911293829.4》针对全张量磁梯度数据的各磁梯度分量，采用多种工况下的不同实验数据，引入松弛系数与决策变量，建立模型的约束条件，根据数学优化模型和约束条件来获取校正系数，剔除数据中的平台干扰。该方法仅针对单个矢量磁力仪而言，实现单个矢量磁力仪各分量上的梯度误差校正，没有提到两个矢量磁力仪组合后的分量梯度误差校正。发明专利《一种基于磁梯度张量的探测方法CN202010048648.1》提出了一种基于磁梯度张量的探测方法，首先利用STAR法计算位置向量和磁矩向量初值，接着计算新的磁梯度收缩梯度、新的位置向量和磁矩向量，重复上述过程直到位置向量差值满足收敛条件。该方法属于目标探测领域，以磁梯度张量为探测工具，来获取探测目标的位置和磁矩，并通过算法来进行优化。该方法未提到磁梯度的误差校正方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种矢量磁力梯度仪转向差校正方法，可校正两路矢量磁力仪磁梯度输出误差，实现误差校正后的磁场矢量测量，提高磁分量梯度和合成总场磁梯度的输出精度。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种矢量磁力梯度仪转向差校正方法，可以实现两套矢量磁力仪各分量梯度误差的校正工作，各分量梯度误差来源于磁力仪各分量的两轴对齐误差，梯度零点误差、差分误差等。首先将两套矢量磁力仪按照相同方向组合成矢量磁力梯度仪建立梯度误差校正模型，确定误差参数变量，并引入一台三轴无磁基准转台，使矢量磁力梯度仪能通过姿态变换逐步旋转到矢量空间内的任意特定角度，获取到特定角度的分量梯度误差值，根据梯度误差校正模型各误差参数的特性，对上述误差量进行逐一修正，直到所有误差量均修正完毕；其次通过引入一台姿态航向传感器与矢量磁力梯度仪刚性固定来获取矢量磁力梯度仪角度信息，然后让矢量磁力梯度仪在空间任意旋转，旋转过程中同步获取各分量梯度数据和角度数据，通过建立各分量梯度数据与角度数据之间的关系式，对剩余的误差量进行修正。
本发明的理论依据和工作原理：
①理论依据：
两套矢量磁力仪按照相同方向组合成矢量磁力梯度仪，实际安装时，两个X分量轴向无法做到完全平行，同样的，两个Y分量轴向、Z分量轴向也无法做到完全平行，则导致在相同地磁场环境中，X分量/Y分量/Z分量的梯度△X、△Y、△Z始终无法为零，当矢量磁力梯度仪改变方位时，各梯度值的误差值变化无规律，导致上述误差的因素包括两轴对齐误差，梯度零点误差、差分误差等，误差因素融合在一起而无法区分，但是当矢量磁力梯度仪对准到特定角度时，单个误差因素的影响会起决定作用，另外的误差因素影响会降低到忽略不计的程度，基于该特性，通过一套三轴无磁基准转台，将矢量磁力梯度仪逐个调整到预定的姿态，然后对特定的误差因素进行校正，直到所有的误差因素校正完毕。
上述工作操作完毕后，通用一套姿态航向传感器与矢量磁力梯度仪刚性固定，来获取矢量磁力梯度仪的横滚角、俯仰角和航向角等三种角度信息，然后让矢量磁力梯度仪在空间任意旋转，旋转过程中同步获取各分量梯度数据和角度数据，通过建立各分量梯度数据与角度数据之间的关系式，消除因角度导致各分量梯度误差的影响。
②工作原理：
基于该理论依据，为了实现矢量磁力梯度仪转向差的校正方法，首先通过一套三轴无磁基准转台，将矢量磁力梯度仪的某一轴调整至地磁场的特定方向，通常为地磁场的垂直方向或水平方向，记录三个分量梯度数据，然后将该轴旋转180°，记录变化后的三个分量梯度数据，根据记录的变化量来调整特定的误差参数，使变化量减小到最小。完成上述操作后，再将另外一轴调整至地磁场的特定方向，重复上述过程，直到所有的误差参数调整完毕。其次通过姿态航向传感器来同步获取姿态变换过程中的磁梯度数据和角度数据，建立各分量梯度数据与角度数据之间的关系式，消除与姿态角度相关的分量梯度误差影响，最终得到校正之后的磁梯度输出。
解决该技术问题的方案为提出并实现了一种矢量磁力梯度仪转向差校正方法，方案如下：
①建立校正模型：矢量磁力梯度仪转向差校正时，首先需要从原理上找出导致转向差的因素，并建立转向差校正模型，本方案中，已确认导致转向差的因素为两轴对齐误差，梯度零点误差、差分误差，具体校正模型如下：
其中：
X1C、Y1C、Z1C、X2C、Y2C、Z2C分别表示第一套矢量磁力仪的X分量、Y分量、Z分量的原始输出、第二套矢量磁力仪的X分量、Y分量、Z分量的原始输出；
△X、△Y、△Z分别表示X轴梯度值、Y轴梯度值、Z轴梯度值；
ixbe、iybe、izbe分别表示X轴对齐误差、Y轴对齐误差、Z轴对齐误差；
ixofs、iyofs、izofs分别表示X轴梯度零点误差、Y轴梯度零点误差、Z轴梯度零点误差；
ixocxy、ixocxz分别表示Y轴对X轴的差分误差、Z轴对X轴的差分误差；
iyocyx、iyocyz分别表示X轴对Y轴的差分误差、Z轴对Y轴的差分误差；
izoczy、izoczx分别表示Y轴对Z轴的差分误差、X轴对Z轴的差分误差；
X1CC、Y1CC、Z1CC分别表示第一套矢量磁力仪的X分量、Y分量、Z分量校正后输出。
②引入基准转台：为了实现上述模型的校正工作，需要使矢量磁力梯度仪按照要求旋转到特定的方位和姿态，为了获取精确的姿态信息，通过引入一套三轴无磁基准转台设备，可以绕三个轴向自由旋转和固定，三个轴向均带有基准刻度，刻度精度≤0.1°，确保矢量磁力梯度仪可以精确的旋转到任意矢量方位和姿态。
③确定校正方法：为了实现上述模型的校正工作，通过基准转台的空间旋转，使矢量磁力梯度仪对准到特定角度，让模型的单个参数对转向差的差值起决定作用，其它参数对转向差的差值影响忽略不计，从而得到模型中单个参数与转向差的对应关系，计算出参数值并代入模型。然后采用同样的方法将矢量磁力梯度仪旋转到其它特定的角度，获取到模型中其它单个参数与转向差的对应关系，计算出参数值并代入，逐一完成直到所有参数计算完毕。
④姿态误差校正：为了实现上述模型的校正工作，通过引入一个姿态航向传感器，用于获取与姿态角度相关的转向差信息，姿态角度信息包括航向角、横滚角和俯仰角等三种角度，然后根据转向差与姿态角度的对应关系式，剔除姿态角度导致的梯度误差。
本发明的创新点在于：
①创新性：提出并实现了一种矢量磁力梯度仪转向差校正方法，通过确定转向差的误差来源，建立了误差校正模型；通过矢量磁力梯度仪在特定姿态下只跟单个误差变量相关，确定了逐个分离并计算误差变量的校正方法，使校正工作简单易操作，不需要建立繁琐的校正矩阵及进行复杂的运算；
②易操作性：矢量磁力梯度仪转向差校正过程中，需要将其在矢量空间旋转固定在特定的角度，通过引入一套三轴无磁基准转台，实现上述工作的易操作性，基准转台可以360°全航向角旋转，360°全横滚角旋转，±90°全俯仰角旋转，基准刻度≤0.1°，可将矢量磁力梯度仪旋转并固定在任何需要的姿态上，相比于手工操作而言，转台操作不仅精准高效，而且简单规范；
③无磁性：矢量磁力梯度仪转向差校正过程中，需要外界环境不会引入磁异常干扰，三轴无磁基准转台采用无磁性材质制作，材质的无磁特性使得整个转台不会对转向差校正带来额外的磁异常干扰，确保了校正工作的无磁性；
④模型参数计算：误差校正模型中的参数主要包括两轴对齐误差，梯度零点误差、差分误差，当矢量磁力梯度仪旋转到空间的特定姿态时，误差只取决于单个参数，其它参数的影响将忽略不计。基于该特性，模型参数计算时，通过转台将矢量磁力梯度仪旋转到特定的姿态并固定，获取梯度误差与对应单个参数的关系并计算，得到参数的具体值并代入模型，然后按照同样的方法逐一获取到其它参数值，直到所有参数获取完毕。该方法不需要复杂和繁琐的矩阵运算，模型内部的参数可以逐个求出，且参数具备通用性，只需进行一遍即可，工程应用具备实用性；
⑤姿态误差校正：通过引入一套姿态航向传感器，获取矢量磁力梯度仪的航向角、横滚角和俯仰角，在误差校正模型参数解算完毕后，获取剩余的梯度误差与姿态角度的关系式，剔除与姿态角度相关的梯度误差。
本发明的有益效果为：该方法操作简单，无需建立复杂的校正模型，各误差量可以逐一修正，计算简单，单次操作具备通用性，跨纬度作业时无需重新校正，极大的提高了各分量梯度值的输出精度。进行转向差校正前，改变磁力梯度仪的姿态时，各分量梯度差值达到±380.0nT,完成转向差校正后，各分量梯度差值降低到±4.0nT以内，校正误差下降了98.95％，极大的提高了矢量磁力梯度仪的输出精度。
附图说明
图1为矢量磁力梯度仪内部磁分量布置示意图。
图2为矢量磁力梯度仪误差校正模型矩阵表达式。
图3为校正模型参数获取实施方式步骤1。
图4为校正模型参数获取实施方式步骤2。
图5为校正模型参数获取实施方式步骤3。
图6为校正模型参数获取实施方式步骤4。
图7为校正模型参数获取实施方式步骤5。
图8为校正模型参数获取实施方式步骤6。
图9为姿态误差校正实施方式图。
图10为姿态误差校正参数表达式。
图11为校正前后各分量梯度误差对比图，从上往下总共四幅曲线图，第一幅曲线图为分量梯度△X在不同姿态下的校正前后对比曲线，蓝色曲线为校正前△X梯度误差值，误差量为-220nT～75nT,绿色曲线为校正后△X梯度误差值，误差量为-3.0nT～2.2nT；第二幅曲线图为分量梯度△Y在不同姿态下的校正前后对比曲线，蓝色曲线为校正前△Y梯度误差值，误差量为-370nT～380nT,绿色曲线为校正后△Y梯度误差值，误差量为-4.0nT～3.0nT；第三幅曲线图为分量梯度△Z在不同姿态下的校正前后对比曲线，蓝色曲线为校正前△Z梯度误差值，误差量为-115nT～70nT,绿色曲线为校正后△Z梯度误差值，误差量为-2.0nT～3.0nT；第四幅曲线图为合成总场磁梯度在不同姿态下的校正前后对比曲线，蓝色曲线为校正前合成总场磁梯度误差值，误差量为-200nT～220nT,绿色曲线为校正后合成总场磁梯度误差值，误差量为-1.8nT～4.0nT。校正后梯度误差由几百nT级别降低到几个nT级别，表明该校正方法起到明显的效果。
说明书附图中的附图标记如下：
1、矢量磁力仪1的X1轴；2、矢量磁力仪1的Y1轴；3、矢量磁力仪1的Z1轴；4、矢量磁力仪2的X2轴；5、矢量磁力仪2的Y2轴；6、矢量磁力仪2的Z2轴；7、地磁场方向(B)；8、矢量磁力梯度仪；9、姿态航向传感器；10、横滚轴Roll；11、俯仰轴Pitch；12、航向轴Yaw；13、刚性支撑架。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：具体实施方式包括两部分内容：校正模型参数获取实施方式；姿态误差校正实施方式。
校正模型参数获取实施方式包含如下几个步骤：
矢量磁力梯度仪(8)内部各分量布置示意图如图1所示，内部包含两套矢量磁力仪：矢量磁力仪1和矢量磁力仪2，两者刚性固定，其中矢量磁力仪1的X1轴(1)与矢量磁力仪2的X2轴(4)布置在同一个方向，矢量磁力仪1的Y1轴(2)与矢量磁力仪2的Y2轴(5)布置在同一个方向，矢量磁力仪1的Z1轴(3)与矢量磁力仪2的Z2轴(6)布置在同一个方向。X1与X2的读数差值表示为△X，Y1与Y2的读数差值表示为△Y，Z1与Z2的读数差值表示为△Z。
矢量磁力梯度仪误差校正模型矩阵表达式如图2所示，其中：
X1C、Y1C、Z1C、X2C、Y2C、Z2C分别表示第一套矢量磁力仪的X分量、Y分量、Z分量的原始输出、第二套矢量磁力仪的X分量、Y分量、Z分量的原始输出；
△X、△Y、△Z分别表示X轴梯度值、Y轴梯度值、Z轴梯度值；
ixbe、iybe、izbe分别表示X轴对齐误差、Y轴对齐误差、Z轴对齐误差；
ixofs、iyofs、izofs分别表示X轴梯度零点误差、Y轴梯度零点误差、Z轴梯度零点误差；
ixocxy、ixocxz分别表示Y轴对X轴的差分误差、Z轴对X轴的差分误差；
iyocyx、iyocyz分别表示X轴对Y轴的差分误差、Z轴对Y轴的差分误差；
izoczy、izoczx分别表示Y轴对Z轴的差分误差、X轴对Z轴的差分误差；
X1CC、Y1CC、Z1CC分别表示第一套矢量磁力仪的X分量、Y分量、Z分量校正后输出。
校正模型参数获取实施方式步骤1如图3所示，调整转台使矢量磁力梯度仪(8)改变姿态，观察Z1(3)的输出，使Z1(3)输出为零，垂直地磁场方向(B)(7)；观察X1(1)的输出，使X1(1)输出为零，垂直地磁场方向(B)(7)；观察Y1(2)的输出，使Y1(2)的输出正向最大，正向平行地磁场方向(B)(7)，此时使矢量磁力梯度仪(8)固定不动，记录△X、△Y读数值。调整转台使矢量磁力梯度仪(8)绕Z1轴旋转180°，记录旋转之后的△X、△Y读数值。
第一步根据△X的两次记录值，获取二者的中值，计算差分误差ixocxy的参数值，使△X的值等于二者的中值；第二步计算梯度零点误差ixofs的参数值，使△X的值等于零；第三步根据△Y的两次记录值，获取二者的中值，计算对齐误差iybe的参数值，使△Y的值等于二者的中值。
在上一步骤下，校正模型参数获取实施方式步骤2如图4所示，调整转台使矢量磁力梯度仪(8)改变姿态，观察Z1(3)的输出，使Z1(3)输出反向最大，反向平行地磁场方向(B)(7)；观察X1(1)的输出，使X1(1)输出为零，垂直地磁场方向(B)(7)；观察Y1(2)的输出，使Y1(2)的输出为零，垂直地磁场方向(B)(7)，此时使矢量磁力梯度仪(8)固定不动，记录△X、△Z读数值。调整转台使矢量磁力梯度仪(8)绕Y1轴旋转180°，记录旋转之后的△X、△Z读数值。
第一步根据△X的两次记录值，获取二者的中值，计算差分误差ixocxz的参数值，使△X的值等于二者的中值；第二步计算梯度零点误差ixofs的参数值，使△X的值等于零；第三步根据△Z的两次记录值，获取二者的中值，计算对齐误差izbe的参数值，使△Z的值等于二者的中值。
在上一步骤下，校正模型参数获取实施方式步骤3如图5所示，调整转台使矢量磁力梯度仪(8)改变姿态，观察Z1(3)的输出，使Z1(3)输出为零，垂直地磁场方向(B)(7)；观察X1(1)的输出，使X1(1)输出正向最大，正向平行地磁场方向(B)(7)；观察Y1(2)的输出，使Y1(2)的输出为零，垂直地磁场方向(B)(7)，此时使矢量磁力梯度仪(8)固定不动，记录△X、△Y读数值。调整转台使矢量磁力梯度仪(8)绕Z1轴旋转180°，记录旋转之后的△X、△Y读数值。
第一步根据△Y的两次记录值，获取二者的中值，计算差分误差iyocyx的参数值，使△Y的值等于二者的中值；第二步计算梯度零点误差iyofs的参数值，使△Y的值等于零；第三步根据△X的两次记录值，获取二者的中值，计算对齐误差ixbe的参数值，使△X的值等于二者的中值。
在上一步骤下，校正模型参数获取实施方式步骤4如图6所示，调整转台使矢量磁力梯度仪(8)改变姿态，观察Z1(3)的输出，使Z1(3)输出反向最大，反向平行地磁场方向(B)(7)；观察X1(1)的输出，使X1(1)输出为零，垂直地磁场方向(B)(7)；观察Y1(2)的输出，使Y1(2)的输出为零，垂直地磁场方向(B)(7)，此时使矢量磁力梯度仪(8)固定不动，记录△Y、△Z读数值。调整转台使矢量磁力梯度仪(8)绕X1轴旋转180°，记录旋转之后的△Y、△Z读数值。
第一步根据△Y的两次记录值，获取二者的中值，计算差分误差iyocyz的参数值，使△Y的值等于二者的中值；第二步计算梯度零点误差iyofs的参数值，使△Y的值等于零；第三步根据△Z的两次记录值，获取二者的中值，计算对齐误差izbe的参数值，使△Z的值等于二者的中值。
在上一步骤下，校正模型参数获取实施方式步骤5如图7所示，调整转台使矢量磁力梯度仪(8)改变姿态，观察Z1(3)的输出，使Z1(3)输出为零，垂直地磁场方向(B)(7)；观察X1(1)的输出，使X1(1)输出为反向最大，反向平行地磁场方向(B)(7)；观察Y1(2)的输出，使Y1(2)的输出为零，垂直地磁场方向(B)(7)，此时使矢量磁力梯度仪(8)固定不动，记录△Z、△X读数值。调整转台使矢量磁力梯度仪(8)绕Y1轴旋转180°，记录旋转之后的△Z、△X读数值。
第一步根据△Z的两次记录值，获取二者的中值，计算差分误差izoczx的参数值，使△Z的值等于二者的中值；第二步计算梯度零点误差izofs的参数值，使△Z的值等于零；第三步根据△X的两次记录值，获取二者的中值，计算对齐误差ixbe的参数值，使△X的值等于二者的中值。
在上一步骤下，校正模型参数获取实施方式步骤6如图8所示，调整转台使矢量磁力梯度仪(8)改变姿态，观察Z1(3)的输出，使Z1(3)输出为零，垂直地磁场方向(B)(7)；观察X1(1)的输出，使X1(1)输出为零，垂直地磁场方向(B)(7)；观察Y1(2)的输出，使Y1(2)的输出为反向最大，反向平行地磁场方向(B)(7)，此时使矢量磁力梯度仪(8)固定不动，记录△Z、△Y读数值。调整转台使矢量磁力梯度仪(8)绕X1轴旋转180°，记录旋转之后的△Z、△Y读数值。
第一步根据△Z的两次记录值，获取二者的中值，计算差分误差izoczy的参数值，使△Z的值等于二者的中值；第二步计算梯度零点误差izofs的参数值，使△Z的值等于零；第三步根据△Y的两次记录值，获取二者的中值，计算对齐误差iybe的参数值，使△Y的值等于二者的中值。
至此，通过上述六个步骤，完成所有参数的计算。
姿态误差校正实施方式如图9所示，姿态航向传感器9与矢量磁力梯度仪8固定在刚性支撑架13上，通过改变刚性支撑架13的姿态，使矢量磁力梯度仪8和姿态航向传感器9同步变换姿态。实施姿态误差校正时，根据姿态航向传感器9的航向轴Yaw(12)读数，使航向角分别对准0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°共八个方位角，角度无需严格对齐，在每个航向角，通过改变刚性支撑架13的姿态，使姿态航向传感器9的横滚轴Roll(10)旋转一周，俯仰轴Pitch(11)旋转一周，旋转过程中，同步记录△X、△Y、△Z、航向角Yaw、俯仰角Pitch和横滚角Roll，然后旋转到下一个航向角，重复上述操作，直到所有航向角旋转完毕。
△X、△Y、△Z、航向角Yaw、俯仰角Pitch和横滚角Roll关系表达式如图10，其中：
△X、△Y、△Z分别表示姿态误差校正前的X分量梯度值、Y分量梯度值和Z分量梯度值；
Yaw、Pitch、Roll分别表示航向角、俯仰角和横滚角输出值；
a1、b1、c1、a2、b2、c2、a3、b3、c3为3×3关系矩阵的九个参数；
△Xa、△Ya、△Za分别表示姿态误差校正后的X分量梯度值、Y分量梯度值和Z分量梯度值。
根据记录的数据，通过最小二乘法获得上述关系矩阵的九个参数。
至此，通过上述步骤，完成姿态误差校正实施方式。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种矢量磁力梯度仪转向差校正方法，其特征在于：首先将两套矢量磁力仪按照相同方向组合成矢量磁力梯度仪建立梯度误差校正模型，确定误差参数变量，并引入一台三轴无磁基准转台，使矢量磁力梯度仪能通过姿态变换逐步旋转到矢量空间内的任意特定角度，获取到特定角度的分量梯度误差值，根据梯度误差校正模型各误差参数的特性，对误差量进行逐一修正，直到所有误差量均修正完毕；其次通过引入一台姿态航向传感器与矢量磁力梯度仪刚性固定来获取矢量磁力梯度仪角度信息，然后让矢量磁力梯度仪在空间任意旋转，旋转过程中同步获取各分量梯度数据和角度数据，通过建立各分量梯度数据与角度数据之间的关系式，对剩余的误差量进行修正；
所述的梯度误差校正模型包含由两轴对齐误差，梯度零点误差、差分误差，模型矩阵如下：
其中：
X1C、Y1C、Z1C、X2C、Y2C、Z2C分别表示第一套矢量磁力仪的X分量、Y分量、Z分量的原始输出、第二套矢量磁力仪的X分量、Y分量、Z分量的原始输出；
△X、△Y、△Z分别表示X轴梯度值、Y轴梯度值、Z轴梯度值；
ixbe、iybe、izbe分别表示X轴对齐误差、Y轴对齐误差、Z轴对齐误差；
ixofs、iyofs、izofs分别表示X轴梯度零点误差、Y轴梯度零点误差、Z轴梯度零点误差；
ixocxy、ixocxz分别表示Y轴对X轴的差分误差、Z轴对X轴的差分误差；
iyocyx、iyocyz分别表示X轴对Y轴的差分误差、Z轴对Y轴的差分误差；
izoczy、izoczx分别表示Y轴对Z轴的差分误差、X轴对Z轴的差分误差；
X1CC、Y1CC、Z1CC分别表示第一套矢量磁力仪的X分量、Y分量、Z分量校正后输出。
2.根据权利要求1所述的矢量磁力梯度仪转向差校正方法，其特征在于,在姿态变换中，为了实现上述梯度误差校正模型的计算，需要将矢量磁力梯度仪在空间精确旋转到特定姿态，通过设计并引入一套三轴无磁基准转台，该基准转台能360°全航向角旋转，360°全横滚角旋转，±90°全俯仰角旋转，基准刻度≤0.1°，将矢量磁力梯度仪精确旋转并固定在任何需要的姿态上。
3.根据权利要求1所述的矢量磁力梯度仪转向差校正方法，其特征在于,在三轴无磁基准转台无磁特征设计上，为了实现上述梯度误差校正模型的计算，需要转台设备不会引入额外的磁异常干扰，用于矢量磁力梯度仪姿态变换的转台完全无磁，主材为无磁性航空铝切割加工，轴承为无磁性陶瓷材料，配件为无磁性海军铜材料，确保整个无磁转台不会给校正工作引入额外的磁异常干扰。
4.根据权利要求1所述的矢量磁力梯度仪转向差校正方法，其特征在于,在模型参数计算上，为了实现上述梯度误差校正模型的计算，通过上述转台使矢量磁力梯度仪对齐到特定的方位和角度，使特定分量的梯度误差只由模型内的单个参数来决定，获取并计算该参数并代入到模型内；然后通过上述转台使矢量磁力梯度仪对齐到其它特定的方位和角度，获取模型内其它单个参数的准确值，逐一操作直到模型内的参数计算完毕。
5.根据权利要求1所述的矢量磁力梯度仪转向差校正方法，其特征在于,在姿态误差校正上，上述梯度误差校正模型完成后，通过引入一套姿态航向传感器，获取矢量磁力梯度仪的航向角、横滚角和俯仰角三种角度，同步获取剩余的各分量梯度误差，得到各分量梯度误差与姿态角度信息的对应关系式并剔除，输出剔除姿态角度误差后的梯度转向差数据。
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