CN114184988B - 包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本申请公布了一种包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿方法及其装置，通过建立包含平台电流磁干扰补偿模型的航磁补偿模型，根据矢量磁通门磁力仪测量的数据计算出含有电流磁干扰特征的总场值和方向余弦，并结合由惯导系统获得位置信息，进行实时的航磁补偿。本申请模型可以很好的与经典航磁补偿模型T‑L模型结合，建立包含平台电流磁干扰补偿模型的航磁补偿模型，然后通过线性回归得到补偿系数后，进行实时补偿。通过上述方式，本申请能够同时补偿平台电流磁干扰、平台机动磁干扰以及地磁梯度干扰，从而进一步提高航空磁探测能力。

Description

包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿方法及其装置

技术领域

本申请属于航磁补偿和航空磁探测技术领域，涉及一种包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿方法及其装置。

背景技术

航空磁探测是在复杂磁背景环境下利用高灵敏度航空磁力仪探测铁磁性目标的一种探测手段。它具有探测效率高、机动性强、不受天气和水文条件影响等优点，被广泛应用于航磁调查、未爆炸物探测、矿藏探测以及航空扫雷等领域。

航空磁探测通常使用标量磁力仪(测量标量总磁场信息)进行磁场探测，用矢量磁力仪(测量磁场的三个垂直分量)进行平台机动磁干扰的补偿。由于探测目标除外的干扰磁场不仅在幅度上远大于探测目标产生的磁场而且其频带也与探测目标重叠，因此航磁补偿的性能指标直接影响航空磁探测的能力。

目前常用的航磁补偿算法主要采取由Tolles和Lawson提出的传统补偿模型(以下简称T-L模型)，该算法存在两个基本假设条件：(1)平台是刚体，(2)外界地磁场是均匀不变或者准静态的。根据平台的磁干扰源将平台机动磁干扰分成三类：固有磁场、感应磁场以及涡流磁场。固有磁场表征平台内铁磁性物体的剩余磁化产生的磁场，该磁场在平台坐标系下固定不变。感应磁场表征平台内铁磁性物体受地磁场磁化产生的磁场，其大小及方向随平台姿态和地磁场的变化而变化。涡流磁场表征平台上软磁材料切割地磁场产生的磁场，其大小、方向与地磁场与平台的相对位置有关。T-L模型以此3类磁场为基础进行建模，模型当中包含3项固有磁场量，5项感应磁场量，8项涡流磁场量，均表达为固定系数和对应模型乘积的形式，通过该模型可以补偿平台中铁磁物质产生的磁干扰。

通常，在航磁探测过程中，搭载在平台上的磁力仪还会感知到地磁梯度场，该磁场亦会影响航磁探测能力，形成干扰磁场。为解决该问题，对该干扰磁场建立由平台位置信息(经度、纬度和高度)构成的3项补偿模型，该补偿模型为线性模型可以与传统T-L补偿模型联合构成拓展T-L补偿模型。只要通过一定方式求准拓展T-L补偿模型中的固定系数，即可在实际探测中通过模型补偿掉探测磁力仪感知到的平台中铁磁性物质产生的磁干扰和地磁梯度干扰。

然而在航磁探测过程中，测试探头会受到由平台自身及探测设备运行时其中变化电流产生的磁干扰，上述的拓展T-L补偿中并没有考虑到此，所以该模型对于这种变化电流产生的磁干扰是无能为力的，因此考虑到其对提高航空磁探测能力的重要性，需要研究专门的补偿模型用以消除该磁干扰，这对航空磁探测能力的提高具有重要的意义。

发明内容

本申请提供一种包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿方法及其装置，以解决现有航磁探测时平台电流产生的磁干扰带来的影响，提高航磁补偿算法的补偿精度进而提升航空磁探测的探测性能。

为解决上述技术问题，本申请提出一种包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿方法，包括：建立平台电流磁干扰补偿模型，电流磁干扰补偿模型表示为：B_c＝b_c1h_ccosα_X+b_c2h_ccosα_Y+b_c3h_ccosα_Z其中，B_c为电流磁干扰补偿模型计算的磁干扰值；b_c1、b_c2、b_c3为待求解的磁补偿系数；h_c为电流磁干扰相关的磁场值，表示为：h_c＝B_flux-B_TLG；其中，B_flux是通过磁通门磁力仪测量并计算得到的合成磁场，表示为：

其中，T_X、T_Y和T_Z分别是通过磁通门磁力仪得到的磁场三个垂直分量；B_TLG是平台中铁磁性物质产生的磁干扰和地磁梯度产生的磁干扰的总场，其可以通过拓展补偿模型来描述，表示为：

其中，a_i为待求解的磁补偿系数，μ_i为磁补偿相关的模型函数；α_X、α_Y、α_Z为地磁场与平台坐标系三个轴的夹角，表示为：

建立包含平台电流磁干扰补偿模型的航磁补偿模型，航磁补偿模型表示为：

其中，B_tc为总磁干扰值；c_i为待求解的磁补偿系数；通过平台校准飞行，得到磁补偿系数a_i、c_i和b_ci；平台进行磁探测时，利用磁补偿系数a_i、c_i、b_ci、模型函数μ_i和磁场值B_flux进行计算，得到平台机动磁干扰、地磁梯度干扰和平台中电流磁干扰带来的总磁干扰值；由探测磁力仪获得总磁场，并在总磁场中去除总磁干扰值，得到补偿后的总磁场值。

为解决上述技术问题，本申请提出一种包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿装置，包括：电流磁干扰补偿模型模块，用于建立平台的电流磁干扰补偿模型，电流磁干扰补偿模型表示为：B_c＝b_c1h_ccosα_X+b_c2h_ccosα_Y+b_c3h_ccosα_Z其中，B_c为电流磁干扰补偿模型计算的磁干扰值；b_c1、b_c2、b_c3为待求解的磁补偿系数；h_c为电流磁干扰相关的磁场值，表示为：h_c＝B_flux-B_TLG；其中，B_flux是通过磁通门磁力仪测量并计算得到的合成磁场，表示为：

其中，T_X、T_Y和T_Z分别是通过磁通门磁力仪得到的磁场三个垂直分量；B_TLG是平台中铁磁性物质产生的磁干扰和地磁梯度产生的磁干扰的总场，其可以通过拓展补偿模型来描述，表示为：

其中，a_i为待求解的磁补偿系数，μ_i为磁补偿相关的模型函数；α_X、α_Y、α_Z为地磁场与平台坐标系三个轴的夹角，表示为：

航磁补偿模型模块，用于建立包含平台的电流磁干扰补偿模型的航磁补偿模型，航磁补偿模型表示为：

其中，B_tc为总磁干扰值；c_i为待求解的磁补偿系数；磁补偿系数模块，用于通过平台校准飞行，得到磁补偿系数a_i、c_i和b_ci；数据处理模块，用于平台进行磁探测时，利用磁补偿系数a_i、c_i、b_ci、模型函数μ_i和磁场值B_flux进行计算，得到平台机动磁干扰、地磁梯度干扰和平台中电流磁干扰带来的总磁干扰值；并由探测磁力仪获得总磁场，并在总磁场中去除总磁干扰值，得到补偿后的总磁场值。

综上，本申请提出一种包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿方法及其装置，首先对平台中电流产生的磁干扰进行分析建模，该模型可以由电流磁干扰相关的磁场值和对应的常数系数计算得到，其中电流磁干扰相关的磁场值由通过预处理的磁通门磁力仪的总磁场获得，而常数系数则在校准飞行时通过线性回归求解得到。该模型为线性磁补偿模型，可以很好的与拓展后的补偿模型结合起来，构成一种包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿算法，最终将平台铁磁性物质产生的磁干扰和平台中电流产生的磁干扰补偿统一起来，通过线性回归得到总的系数后进行实时补偿。本申请算法能够同时补偿平台的电流磁干扰、平台的机动磁干扰以及地磁梯度干扰，提高了航磁补偿算法的补偿精度，对提升航空磁探测的探测性能具有重要的意义。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式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申请的一些实施方式，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是本申请航磁补偿方法一实施例的流程示意图；

图2是本申请磁通门补偿系数计算一实施例的流程示意图

图3是本申请校准时磁补偿系数计算一实施例的流程示意图；

图4是本申请校准时平台运动机动动作一实施例的示意图；

图5是本申请实时航磁补偿过程一实施例的流程示意图；

图6是本申请航磁补偿装置一实施例的结构示意图；

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供航磁补偿方法及其装置进一步详细描述。

针对航空磁探测过程中，由于平台中电流产生的磁干扰不仅直接影响了传统航磁补偿系数的求解，降低了航磁补偿的补偿精度，进而影响到航磁探测的性能。

基于此，本申请提出一种包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿方法，包括以下几个步骤：

1)磁通门磁力仪测量总磁场经过预处理去除平台机动磁干扰，并构建平台电流磁干扰补偿模型；

2)构建包含平台电流磁干扰补偿的航磁补偿新模型；

3)新模型求解补偿系数；

4)检验新模型及补偿系数是否具有普适应、准确性和可靠性。

接下来进行详细阐述。

首先，以平台磁力仪位置为圆点建立坐标系，磁通门磁力仪的三轴分别沿着坐标系的三轴方向，通常Y轴沿着机身方向指向机头，Z轴垂直机身向下，X轴与Y轴、Z轴遵循右手螺旋定则。由此测得的三个矢量磁场值设为T_X、T_Y和T_Z，地磁场与平台坐标系三轴之间的夹角记为α_X、α_Y、α_Z，由此可以计算表征平台姿态的方向余弦：

传统磁补偿模型经过化简之后有16项构成，可以写作

其中B_TL为由磁补偿模型计算的平台中铁磁性物质产生的磁干扰，a_i为待求解的补偿系数,μ_i为磁补偿中的各个分量，由方向余弦构成，其表示为：

μ₁＝cosα_X,μ₂＝cosα_Y,μ₃＝cosα_Z,

μ₄＝T_gcosα_Xcosα_X,μ₅＝T_gcosα_Xcosα_Y,μ₆＝T_gcosα_Xcosα_Z,

μ₇＝T_gcosα_Ycosα_Y,μ₈＝T_gcosα_Ycosα_Z,

μ₉＝T_gcosα_X(cosα_X)′,μ₁₀＝T_gcosα_X(cosα_Y)′,μ₁₁＝T_gcosα_X(cosα_Z)′,

μ₁₂＝T_gcosα_Y(cosα_X)′,μ₁₃＝T_gcosα_Y(cosα_Y)′,μ₁₄＝T_gcosα_Y(cosα_Z)′,

μ₁₅＝T_gcosα_Z(cosα_X)′,μ₁₆＝T_gcosα_Z(cosα_Y)′.

上式中，T_g表示地磁场，可以通过测量的总磁场经过低通滤波获得，(cosα_X)′、(cosα_Y)′、(cosα_Z)′分别表示cosα_X、cosα_Y、cosα_Z的微分。

为消除地磁梯度磁干扰的影响，可以利用平台位置信息对地磁梯度干扰场进行建模，假设纬度、经度和高度分别用lat、long、alt表示，则模型公式表示为：

上式中，m_i,i＝1,2,3分别表示平台位置信息中的纬度、经度和高度；d_i为待求解的系数。由此包含地磁梯度干扰补偿的拓展T-L补偿模型可以写为：

μ₁＝cosα_X,μ₂＝cosα_Y,μ₃＝cosα_Z,

μ₄＝T_gcosα_Xcosα_X,μ₅＝T_gcosα_Xcosα_Y,μ₆＝T_gcosα_Xcosα_Z,

μ₇＝T_gcosα_Ycosα_Y,μ₈＝T_gcosα_Ycosα_Z,

μ₉＝T_gcosα_X(cosα_X)′,μ₁₀＝T_gcosα_X(cosα_Y)′,μ₁₁＝T_gcosα_X(cosα_Z)′,

μ₁₂＝T_gcosα_Y(cosα_X)′,μ₁₃＝T_gcosα_Y(cosα_Y)′,μ₁₄＝T_gcosα_Y(cosα_Z)′,

μ₁₅＝T_gcosα_Z(cosα_X)′,μ₁₆＝T_gcosα_z(cosα_Y)′,

μ₁₇＝lat,μ₁₈＝long,μ₁₉＝alt。

然后，本申请建立平台中电流磁干扰的补偿模型，根据毕奥-萨伐尔定律，可以得知电流元产生的磁场可表示为：

其中

表示磁力仪的位置，

表示电流元位置，I表示标量电流。由上式可知，当相对位置不发生变化时，上式可以写成：

其中C为常标量，

为常矢量。标量磁力仪测量的电流磁干扰场B_Id可以记为：

上式中，

为地磁场的矢量形式，

为地磁场的总磁场，w₁、w₂、w₃为常标量。

而矢量磁力仪处获得电流磁干扰合成磁场为：

由此，可得矢量磁力仪测量的电流磁干扰场和标量磁力仪测量的磁干扰场之间的关系为：

B_Id＝B_Idv(b_c1μ₁+b_c2μ₂+b_c3μ₃)；

在航磁探测中，磁通门磁力仪通常距离平台机体较近，其可以探测到明显的电流磁干扰，且该电流磁干扰远远大于经过平台机动磁干扰补偿后的噪声水平，因此可以利用磁通门磁力仪测量的总磁场对电流磁干扰进行建模，该模型可表示为B_c＝b_c1h_cμ₁+b_c2h_cμ₂+b_c3h_cμ₃。其中B_c为平台中电流磁干扰补偿模型计算的电流磁干扰，b_c1、b_c2、b_c3为待求解的电流磁干扰补偿系数，h_c为通过平台机动磁干扰偿后的磁通门总磁场，表示为：

h_c＝B_flux-B_TLG；

其中，

为磁通门磁力仪测量的总磁场，B_TLG为由补偿模型计算的平台中铁磁性物质产生的磁干扰和地磁梯度干扰场的总和。

因此，包含平台电流磁干扰补偿的航磁补偿新模型可以表示为：

其中，c_i为待求解的磁补偿系数，b_ci为待求解的电流磁干扰补偿系数，传统磁补偿相关的模型函数μ_i和电流磁干扰相关的模型函数h_c。

对获得的补偿模型，在模型两端使用同样带宽的巴特沃兹带通滤波器，其通带通常设置为0.06-0.6Hz，滤波后的磁场表示为

(磁场总误差值)、滤波后的方向余弦表示为

和滤波的磁通门磁力仪总磁场表示为

然后通过线性回归的方法得到磁补偿系数c_i和电流磁干扰的补偿系数b_ci。在实际探测中，根据求解得到的磁补偿系数c_i和电流磁干扰补偿系数b_ci，结合矢量磁力仪获得的补偿模型函数μ_i和通过平台机动磁干扰偿后的磁通门总磁场h_c进行实的航空磁干扰补偿。

请参阅图1，图1是本申请航磁补偿方法一实施例的流程示意图，在本实施例中，航磁补偿方法可以通过建立包含平台电流磁干扰补偿模型的航磁补偿模型，根据矢量磁力仪测量数据计算方向余弦和电流磁干扰监测数据，进行实时航空磁干扰补偿，

具体地，可以包括步骤S110～S150，各步骤具体如下：

S110：建立平台的电流磁干扰补偿模型。

电流磁干扰补偿模型表示为：

B_c＝b_{c1 c}cosα_X+b_{c2 c}cosα_Y+b_{c3 c}cosα_Z……(1)

其中，B_c为通过电流磁干扰补偿模型计算的磁干扰值；b_c1、b_c2、b_c3为待求解的磁补偿系数，也是电流磁干扰补偿系数；h_c为电流磁干扰相关的磁场值。

具体地，h_c可以表示为：

h_c＝B_flux-B_TLG……(2)

其中，B_flBx是通过磁通门磁力仪测量计算得到的合成磁场，具体地，B_flux可以表示为：

其中，T_X、T_Y和T_Z分别是通过磁通门磁力仪得到的磁场三个垂直分量。

B_TLG是平台中铁磁性物质产生的磁干扰和地磁梯度产生的磁干扰的总场，其可以通过拓展补偿模型来描述，具体地，B_TlG可以表示为：

其中，a_i为待求解的磁补偿系数，μ_i为磁补偿相关的模型函数，

而α_X、α_Y、α_Z为地磁场与平台坐标系三个轴的夹角，表示为：

具体地，模型函数μ_i可以表示为：

μ₁＝cosα_X,μ₂＝cosα_Y,μ₃＝cosα_Z,

μ₄＝T_gcosα_Xcosα_X,μ₅＝T_gcosα_Xcosα_Y,μ₆＝T_gcosα_Xcosα_Z,

μ₇＝T_gcosα_Ycosα_Y,μ₈＝T_gcosα_Ycosα_Z,

μ₉＝T_gcosα_X(cosα_X)′,μ₁₀＝T_gcosα_X(cosα_Y)′μ₁₁＝T_gcosα_X(cosα_Z)′,

μ₁₂＝T_gcosα_Y(cosα_X)′,μ₁₃＝T_gcosα_Y(cosα_Y)′,μ₁₄＝T_gcosα_Y(cosα_Z)′,

μ₁₅＝T_gcosα_Z(cosα_X)′,μ₁₆＝T_gcosα_Z(cosα_Y)′,

μ₁₇＝lat,μ₁₈＝long,μ₁₉＝alt；……(6)

其中，T_g表示地磁场，其可以通过测量的总磁场经过低通滤波获得；(cosα_X)′、(cosα_Y)′和(cosα_Z)′分别表示cosα_X、cosα_Y和cosα_Z的微分；lat、long和alt为平台当前时刻所处的纬度、经度和高度。

S120：建立包含平台电流磁干扰补偿模型的航磁补偿模型，表示为：

其中，B_tc为总磁干扰值；c_i为待求解的磁补偿系数。

S130：通过平台进行校准飞行，得到磁补偿系数a_i、c_i和b_ci。

通过平台进行校准飞行，可以求解得到电流磁干扰补偿模型和航磁补偿模型中的磁补偿系数a_i、c_i和b_ci。可选地，步骤S130可以包括步骤S131～S136，各步骤具体如下：

S131：控制平台进行三种机动动作，其中，机动动作包括侧滚、俯仰和偏航。

可选地，执行侧滚、俯仰、偏航的角度峰峰值分别为10°、5°、5°；每个机动动作3组，周期为4～12秒，如图4所示。

S132：通过探测磁力仪实时读取总磁场信息，使用带通滤波器对总磁场信息进行滤波，得到滤波后的总磁场

S133：通过磁通门磁力仪实时获得合成磁场，使用带通滤波器对合成磁场滤波进行滤波，得到滤波后的合成磁场

需要说明的是，探测磁力仪是标量磁力仪；磁通门磁力仪是矢量磁力仪。

S134：通过磁通门磁力仪得到磁场三个垂直分量T_X、T_Y和T_Z，通过惯导系统得到平台位置信息，计算得到μ_i，使用相同的带通滤波器对μ_i进行滤波，得到滤波后的

S135：基于拓展补偿模型，结合

和

通过线性回归的方式求解获得a_i和h_c，使用相同的带通滤波器对h_c进行滤波，得到滤波后的

基于拓展补偿模型，结合步骤S133中获得的

和步骤S134中获得的模型函数

以及公式(4)，可以通过线性回归的方式求解获得磁补偿系数a_i，其求解过程如图2所示。

接着，结合模型函数

磁补偿系数a_i、公式(2)、公式(3)和公式(4)，计算得到电流磁干扰相关的磁场值h_c；并使用相同的带通滤波器对h_c进行滤波，得到滤波后的

S136：基于航磁补偿模型，结合步骤S132中获得的总磁场

步骤S134中获得的模型函数

步骤S135中计算获得的电流磁干扰相关的磁场值

和公式(7)，通过线性回归的方式求解获得c_i和b_ci，其求解过程如图3所示。

S140：平台进行磁探测时，利用磁补偿系数a_i、c_i和b_ci、模型函数μ_i和磁场值h_c进行计算，从而得到平台机动磁干扰、地磁梯度干扰和平台中电流磁干扰带来的总磁干扰值，如图5所示。

在实施例中，步骤S140可以进一步包括步骤S141～步骤S144，各步骤具体如下：

S141：通过探测磁力仪实时读取总磁场。

S142：通过磁通门磁力仪实时获得合成磁场、三个垂直分量T_X、T_Y和T_Z以及方向余弦，计算得到μ_i。

通过公式(5)和公式(6)，计算得到模型函数μ_i。

S143：利用a_i和μ_i计算得到h_c。

利用步骤S135中获得的磁补偿系数a_i、步骤S142中获得的模型函数μ_i，结合公式(2)-(4)，计算得到电流磁干扰相关的磁场值h_c。

S144：基于航磁补偿模型，利用c_i、b_ci、μ_i和h_c，计算得到B_tc。

最后，基于航磁补偿模型，结合步骤S136中获得的c_i和b_ci，步骤S142中获得的模型函数μ_i，步骤S143中计算获得的电流磁干扰相关的磁场值h_c和公式(7)，求解获得B_tc。

需要说明的是，步骤S130中几乎都需要进行滤波处理，而步骤S140中不需要滤波处理，这是因为步骤S130的目的是为了求解磁补偿系数；而步骤S140的目的是为了求得总磁干扰值。由于校准时机动性动作产生的磁干扰在一个固定的窄带宽内，滤波后求解系数会提高系数精度，继而加强补偿效果，因此在求解磁补偿系数的步骤中需要进行滤波处理。

S150：由探测磁力仪获得总磁场，并在总磁场中去除总磁干扰值，得到补偿后的总磁场值。

综上，本实施例提供了一种包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿方法，首先对平台中电流产生的磁干扰进行分析建模，该模型可以由电流磁干扰相关的磁场值和对应的常数系数计算得到，其中电流磁干扰相关的磁场值由通过预处理的磁通门磁力仪的总磁场获得，而常数系数则在校准飞行时通过线性回归求解得到。该模型为线性磁补偿模型，可以很好的与拓展后的航磁补偿模型结合起来，构成一种包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿算法，最终将平台铁磁性物质产生的磁干扰、地磁梯度磁干扰和平台中电流产生的磁干扰补偿统一起来，通过线性回归得到总的系数后进行实时补偿。该算法可以同时补偿平台的机动磁干扰、地磁梯度磁干扰和电流磁干扰，既可以提高传统航磁补偿中模型系数求解的准确性，又补偿了平台中电流产生的磁干扰，可以大幅提升航空磁探测能力，进而提升了航空磁探测的性能指标。

下面用具体实施例，说明本申请的工作过程与原理：

1、实验具体参数如下：

在平台坐标系中，磁通门磁力仪的三个轴分别沿着X、Y、Z轴方向，此时，假设地磁场与平台坐标系X、Y、Z轴的夹角记为α_X、α_Y、α_Z，三分量的磁通门磁力仪测得的三个垂直方向的磁场值为T_X、T_Y和T_Z，得到

2、工作过程和原理：

平台坐标系中，三分量磁通门磁力仪的三个轴分别沿着X、Y、Z方向，则

探测磁力仪探测到的平台的电流磁干扰补偿模型可以写作

B_c＝b_{c1 c}cosα_X+b_{c2 c}cosα_Y+b_{c3 c}cosα_Z，其中，B_c为探测磁力仪探测到的平台的总磁干扰值，b_c1、b_c2、b_c3为待回归的电流磁干扰系数， _c为与电流磁干扰相关的磁场值,此时通过B_flux结合拓展补偿模型求得补偿B_flux时的补偿系数为a_i；得到

在使用包含平台电流磁干扰补偿模型的航磁补偿模型时，求得的补偿系数为c_i和电流磁干扰的补偿系数b_c1、b_c2、b_c3，则此时的包含平台中电流磁干扰补偿模型的航磁补偿模型可写为：

因此，这种情况下平台中电流磁干扰补偿模型的航磁补偿模型由拓展补偿模型和平台中的电流磁干扰补偿模型构成，可以写作

其中，c_i为待回归的磁补偿系数，b_ci为待回归的电流磁干扰系数，μ_i是磁补偿相关的模型函数，h_c是电流磁干扰相关的磁场值。

μ₁＝cosα_X,μ₂＝cosα_Y,μ₃＝cosα_Z,

μ₄＝T_gcosα_Xcosα_X,μ₅＝T_gcosα_Xcosα_Y,μ₆＝T_gcosα_Xcosα_Z,

μ₇＝T_gcosα_Ycosα_Y,μ₈＝T_gcosα_Ycosα_Z,

μ₉＝T_gcosα_X(cosα_X)′,μ₁₀＝T_gcosα_X(cosα_Y)′,μ₁₁＝T_gcosα_X(cosα_Z)′,

μ₁₂＝T_gcosα_Y(cosα_X)′,μ₁₃＝T_gcosα_Y(cosα_Y)′,μ₁₄＝T_gcosα_Y(cosα_Z)′,

μ₁₅＝T_gcosα_Z(cosα_X)′,μ₁₆＝T_gcosα_Z(cosα_Y)′,

μ₁₇＝lat,μ₁₈＝long,μ₁₉＝alt，

首先，平台进行校准飞行得到航磁补偿系数，如图4所示。

平台进行三种机动动作，即侧滚、俯仰、偏航，角度峰峰值分别为10°，5°，5°，每个机动动作三组，周期为4～12秒。光泵探测磁力仪实时读取总磁场信息，使用带通滤波器对总磁场值滤波得到

(磁场总干扰值)，矢量磁力仪得到三个分量的磁场值按照上面公式实时计算μ_i(磁补偿相关的模型函数)和h_c(电流磁干扰相关的磁场值)，使用相同的带通滤波器滤波得

和

利用线性回归求解磁补偿系数c_i和电流磁干扰系数b_ci。

得到磁补偿系数c_i和电流磁干扰系数b_ci后，平台在探测飞行时，利用矢量磁力仪和惯导系统实时得到的μ_i(磁补偿相关的模型函数)和 _c(电流磁干扰相关的磁场值)计算得到平台机动磁干扰和平台中电流磁干扰的总误差值B_tc(磁场总干扰值)，总磁场减去该总磁干扰值，即可得到补偿后的总磁场值，具体如图5所示。

基于上述的航磁补偿方法，本申请还提出一种包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿装置，请参阅图6，图6是本申请航磁补偿装置一实施例的流程示意图。在本实施例中，航磁补偿装置可以包括电流磁干扰补偿模型模块110、航磁补偿模型模块120、磁补偿系数模块130和数据处理模块140。

电流磁干扰补偿模型模块110，用于建立平台的电流磁干扰补偿模型，电流磁干扰补偿模型表示为：

B_c＝b_{c1 c}cosα_X+b_{c2 c}cosα_Y+b_{c3 c}cosα_Z；

其中，B_c为通过电流磁干扰补偿模型计算的磁干扰值；b_ci为待求解的磁补偿系数，也是电流磁干扰补偿系数；h_c为电流磁干扰相关的磁场值。具体地，h_c可以表示为：

h_c＝B_flux-B_TLG；

其中，B_flux是通过磁通门磁力仪测量计算得到的合成磁场，具体地，B_flux可以表示为：

其中，T_X、T_Y和T_Z分别是通过磁通门磁力仪得到的磁场三个垂直分量。

B_TLG是平台中铁磁性物质产生的磁干扰和地磁梯度产生的磁干扰的总场，其可以通过拓展补偿模型来描述，具体地，B_TLG可以表示为：

其中，a_i为待求解的磁补偿系数，μ_i为磁补偿相关的模型函数，

而α_X、α_Y、α_Z为矢量场与平台坐标系三个轴的夹角，表示为：

具体地，模型函数μ_i可以表示为：

μ₁＝cosα_X,μ₂＝cosα_Y,μ₃＝cosα_Z,

μ₄＝T_gcosα_Xcosα_X,μ₅＝T_gcosα_Xcosα_Y,μ₆＝T_gcosα_Xcosα_z,

μ₇＝T_gcosα_Ycosα_Y,μ₈＝T_gcosα_Ycosα_Z,

μ₉＝T_gcosα_X(cosα_X)′,μ₁₀＝T_gcosα_X(cosα_Y)′,μ₁₁＝T_gcosα_X(cosα_Z)′,

μ₁₂＝T_gcosα_Y(cosα_X)′,μ₁₃＝T_gcosα_Y(cosα_Y)′,μ₁₄＝T_gcosα_Y(cosα_Z)′,

μ₁₅＝T_gcosα_Z(cosα_X)′,μ₁₆＝T_gcosα_Z(cosα_Y)′,

μ₁₇＝lat,μ₁₈＝long,μ₁₉＝alt；

其中，T_g表示地磁场，其可以通过测量的总磁场经过低通滤波获得；(cosα_X)′、(cosα_Y)′和(cosα_Z)′分别表示cosα_X、cosα_Y和cosα_Z的微分；lat、long和alt为平台当前时刻所处的纬度、经度和高度。

航磁补偿模型模块120，用于建立包含平台电流磁干扰补偿模型的航磁补偿模型，表示为：

其中，B_tc为总磁干扰值；c_i为待求解的磁补偿系数。

磁补偿系数模块130，用于通过平台进行校准飞行，得到磁补偿系数a_i、c_i和b_ci。数据处理模块140，用于平台进行磁探测时，利用磁补偿系数a_i、c_i和b_ci、模型函数μ_i和磁场值h_c进行计算，从而得到平台机动磁干扰、地磁梯度干扰和平台中电流磁干扰带来的总磁干扰值，由探测磁力仪获得总磁场，并在总磁场中去除总磁干扰值，得到补偿后的总磁场值。

可选地，磁补偿系数模块130还用于：控制平台进行三种机动动作，其中，机动动作包括侧滚、俯仰和偏航。通过探测磁力仪实时读取总磁场信息，使用带通滤波器对总磁场信息进行滤波，得到滤波后的总磁场

通过磁通门磁力仪实时获得合成磁场，使用带通滤波器对合成磁场滤波进行滤波，得到滤波后的合成磁场

通过磁通门磁力仪得到磁场三个垂直分量T_X、T_Y和T_Z，通过惯导系统得到平台位置信息，计算得到μ_i，使用相同的带通滤波器对μ_i进行滤波，得到滤波后的

基于拓展补偿模型，结合

和

通过线性回归的方式求解获得a_i和h_c，使用相同的带通滤波器对h_c进行滤波，得到滤波后的

基于航磁补偿模型，结合总磁场

模型函数

和电流磁干扰相关的磁场值

通过线性回归的方式求解获得c_i和b_ci。

可选地，数据处理模块140还用于：通过探测磁力仪实时读取总磁场；通过磁通门磁力仪实时获得合成磁场、三个垂直分量T_X、T_Y和T_Z以及方向余弦，计算得到μ_i。利用a_i和μ_i计算得到h_c。最后基于航磁补偿模型，利用c_i、b_ci、μ_i和h_c，计算得到B_tc。

可选地，磁补偿系数模块130还用于：执行侧滚、俯仰、偏航的角度峰峰值分别为10°、5°、5°；每个机动动作3组，周期为4～12秒。

可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。文中所使用的步骤编号也仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

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申请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。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿方法，其特征在于，包括：

建立平台电流磁干扰补偿模型，所述电流磁干扰补偿模型表示为：

B_c＝b_c1ccosα_X+b_c2ccosα_Y+b_c3ccosα_Z；

其中，B_c为所述电流磁干扰补偿模型计算的磁干扰值；b_c1、b_c2、b_c3为待求解的磁补偿系数；c为电流磁干扰相关的磁场值，表示为：

c＝B_flux-B_TLG；

其中，B_flux是通过磁通门磁力仪测量并计算得到的合成磁场，表示为：

其中，T_X、T_Y和T_Z分别是通过磁通门磁力仪得到的磁场三个垂直分量；

B_TLG是平台中铁磁性物质产生的磁干扰和地磁梯度产生的磁干扰的总场，其可以通过拓展补偿模型来描述，表示为：

其中，a_i为待求解的磁补偿系数，μ_i为磁补偿相关的模型函数；

α_X、α_Y、α_Z为地磁场与平台坐标系三个轴的夹角，表示为：

建立包含平台电流磁干扰补偿模型的航磁补偿模型，所述航磁补偿模型表示为：

其中，B_tc为总磁干扰值；c_i、b_ci为待求解的磁补偿系数；

所述模型函数μ_i表示为：

μ₁＝cosα_X,μ₂＝cosα_Y,μ₃＝cosα_Z,

μ₄＝T_gcosα_XcoSα_X,μ₅＝T_gcosα_Xcosα_Y,μ₆＝T_gcosα_Xcosα_Z,

μ₇＝T_gcosα_Ycosα_Y,μ₈＝T_gcosα_Ycosα_Z,

μ₉＝T_gcosα_X(cosα_X)′,μ₁₀＝T_gcosα_X(cosα_Y)′,μ₁₁＝T_gcosα_X(cosα_Z)′,

μ₁₂＝T_gcosα_Y(cosα_X)′,μ₁₃＝T_gcosα_Y(cosα_Y)′,μ₁₄＝T_gcosα_Y(cosα_Z)′,

μ₁₅＝T_gcosα_Z(cosα_X)′,μ₁₆＝T_gcosα_Z(cosα_Y)′,μ₁₇＝lat,μ₁₈＝long,μ₁₉＝alt；

其中，T_g表示地磁场；lat、long和alt为所述平台当前时刻所处的纬度、经度和高度；

通过平台校准飞行，得到磁补偿系数a_i、c_i和b_ci；

平台进行磁探测时，利用磁补偿系数a_i、c_i和b_ci、模型函数μ_i和合成磁场B_flux进行计算，得到平台机动磁干扰、地磁梯度干扰和平台电流磁干扰带来的总磁干扰值；

由探测磁力仪获得总磁场，并在所述总磁场中去除总磁干扰值，得到补偿后的总磁场值。

2.根据权利要求1所述的包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿方法，其特征在于，通过平台校准飞行，得到磁补偿系数a_i、c_i、b_ci，包括：

控制所述平台进行三种机动动作，其中，所述机动动作包括侧滚、俯仰和偏航；

通过探测磁力仪实时读取总磁场信息，使用带通滤波器对所述总磁场信息进行滤波，得到滤波后的

通过磁通门磁力仪实时获得合成磁场，使用相同的带通滤波器对所述合成磁场进行滤波，得到滤波后的

通过磁通门磁力仪得到磁场三个垂直分量T_X、T_Y和T_Z，通过惯导系统得到平台位置信息，计算得到μ_i，使用相同的带通滤波器对μ_i进行滤波，得到滤波后的

基于所述拓展补偿模型，结合

和

通过线性回归的方式求解获得a_i和c，并使用相同的带通滤波器对c进行滤波，得到滤波后的

基于所述航磁补偿模型，结合

和

通过线性回归的方式求解获得c_i和b_ci。

3.根据权利要求1所述的包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿方法，其特征在于，所述利用磁补偿系数a_i、c_i和b_ci、模型函数μ_i、合成磁场B_flux和磁场值c进行计算，从而得到平台机动磁干扰、地磁梯度干扰和平台电流磁干扰带来的总磁干扰值，包括：

通过探测磁力仪实时读取总磁场；

通过磁通门磁力仪实时获得合成磁场以及三个垂直分量T_X、T_Y和T_Z，计算得到μ_i；

利用a_i、μ_i和B_flux计算得到c；

基于所述航磁补偿模型，利用c_i、b_ci、μ_i和c，计算得到B_tc。

4.根据权利要求2所述的包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿方法，其特征在于，所述平台进行三种机动动作，还包括：

平台执行侧滚、俯仰、偏航的角度峰峰值分别为10°、5°、5°；

每个机动动作3组，周期为4～12秒。

5.一种包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿装置，其特征在于，包括：

电流磁干扰补偿模型模块，用于建立平台电流磁干扰补偿模型，所述电流磁干扰补偿模型表示为：

B_c＝b_c1ccosα_X+b_c2ccosα_Y+b_c3ccosα_Z；

其中，B_c为所述电流磁干扰补偿模型计算的磁干扰值；b_c1、b_c2、b_c3为待求解的磁补偿系数；c为电流磁干扰相关的磁场值，表示为：

c＝B_flux-B_TLG；

其中，B_flux是通过磁通门磁力仪测量并计算得到的合成磁场，表示为：

其中，T_X、T_Y和T_Z分别是通过磁通门磁力仪得到的磁场三个垂直分量；

B_TLG是平台中铁磁性物质产生的磁干扰和地磁梯度产生的磁干扰的总场，其可以通过拓展补偿模型来描述，表示为：

其中，a_i为待求解的磁补偿系数，μ_i为磁补偿相关的模型函数；

α_X、α_Y、α_Z为矢量场与平台坐标系三个轴的夹角，表示为：

航磁补偿模型模块，用于建立包含平台电流磁干扰补偿模型的航磁补偿模型，所述航磁补偿模型表示为：

其中，B_tc为总磁干扰值；c_i、b_ci为待求解的磁补偿系数；

所述模型函数μ_i表示为：

μ₁＝cosα_X,μ₂＝cosα_Y,μ₃＝cosα_Z,

μ₄＝T_gcosα_Xcosα_X,μ₅＝T_gcosα_Xcosα_Y,μ₆＝T_gcosα_Xcosα_Z,

μ₇＝T_gcosα_Ycosα_Y,μ₈＝T_gcosα_Ycosα_Z,

μ₉＝T_gcosα_X(cosα_X)′,μ₁₀＝T_gcosα_X(cosα_Y)′,μ₁₁＝T_gcosα_X(cosα_Z)′,

μ₁₂＝T_gcosα_Y(cosα_X)′,μ₁₃＝T_gcosα_Y(cosα_Y)′,μ₁₄＝T_gcosα_Y(cosα_Z)′,

μ₁₅＝T_gcosα_Z(cosα_X)′,μ₁₆＝T_gcosα_Z(cosα_Y)′,

μ₁₇＝lat,μ₁₈＝long,μ₁₉＝alt；

其中，T_g表示地磁场；lat、long和alt为所述平台当前时刻所处的纬度、经度和高度；

磁补偿系数模块，用于通过平台校准飞行，得到磁补偿系数a_i、c_i和b_ci；

数据处理模块，用于平台进行磁探测时，利用磁补偿系数a_i、c_i和b_ci、模型函数μ_i和合成磁场B_flux进行计算，得到平台机动磁干扰、地磁梯度干扰和平台电流磁干扰带来的总磁干扰值；并由探测磁力仪获得总磁场，并在所述总磁场中去除总磁干扰值，得到补偿后的总磁场值。

6.根据权利要求5所述的包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿装置，其特征在于，通过磁补偿系数模块获得a_i、c_i、b_ci，包括：

控制所述平台进行三种机动动作，其中，所述机动动作包括侧滚、俯仰和偏航；

通过探测磁力仪实时读取总磁场信息，使用带通滤波器对所述总磁场信息进行滤波，得到滤波后的

通过磁通门磁力仪实时获得合成磁场，使用相同的带通滤波器对所述合成磁场进行滤波，得到滤波后的

通过磁通门磁力仪得到磁场三个垂直分量T_X、T_Y和T_Z，通过惯导系统得到平台位置信息，计算得到μ_i，使用相同的带通滤波器对μ_i进行滤波，得到滤波后的

基于所述拓展补偿模型，结合

和

通过线性回归的方式求解获得a_i和c，并使用相同的带通滤波器对c进行滤波，得到滤波后的

基于所述航磁补偿模型，结合

和

通过线性回归的方式求解获得c_i和b_ci。

7.根据权利要求5所述的包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿装置，其特征在于，所述数据处理模块还用于：

通过探测磁力仪实时读取总磁场；

通过磁通门磁力仪实时获得合成磁场以及三个垂直分量T_X、T_Y和T_Z，计算得到μ_i；

利用a_i、μ_i和B_flux计算得到c；

基于所述航磁补偿模型，利用c_i、b_ci、μ_i和c，计算得到B_tc。

8.根据权利要求6所述的包含补偿平台电流磁干扰的航磁补偿装置，其特征在于，所述磁补偿系数模块还用于：

平台执行侧滚、俯仰、偏航的角度峰峰值分别为10°、5°、5°；

每个机动动作3组，周期为4～12秒。

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