CN115097370A - 一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法 - Google Patents

一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115097370A
CN115097370A CN202210670535.4A CN202210670535A CN115097370A CN 115097370 A CN115097370 A CN 115097370A CN 202210670535 A CN202210670535 A CN 202210670535A CN 115097370 A CN115097370 A CN 115097370A
Authority
CN
China
Prior art keywords
self
magnetic field
vector magnetometer
component
probe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210670535.4A
Other languages
English (en)
Inventor
赵瑜
周建斐
朱文兵
杨飞
钟佩娜
王忠康
杭亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
715th Research Institute of CSIC
Original Assignee
715th Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 715th Research Institute of CSIC filed Critical 715th Research Institute of CSIC
Priority to CN202210670535.4A priority Critical patent/CN115097370A/zh
Publication of CN115097370A publication Critical patent/CN115097370A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

本发明涉及一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法，将自平衡矢量磁力仪及其探头设置于固定平台上，布设硬件；将固定平台以全方位姿态变换机动，完成自平衡矢量磁力仪及其探头在横滚角、俯仰角和航向角三个角度360°无死角旋转的动作并获取对应的磁场数据；基于磁场数据对自平衡矢量磁力仪进行转向差校准。本发明针对性解决自平衡矢量磁力仪的转向差误差，获取全方位矢量空间的实际磁场值，并通过转向差校准模型对实际磁场值进行转向差校准，得到消磁转向差的磁场数据；矢量空间点覆盖全量程范围的磁场数，确保了磁场数据的全面性；通过测试对比，校准前后的转向差误差量减小97%以上，极大提升磁力仪的输出精度。

Description

一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法
技术领域
本发明涉及测量；测试的技术领域，特别涉及一种水下磁测领域的大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法。
背景技术
大平面测磁系统是主要用于测试被测目标本体的磁场分布特征，并为消磁作业提供补偿依据的系统。测磁系统的工作原理为，按照一定的平面范围进行布设，探头按照等间隔的距离进行定点安装，在消磁作业前，测磁系统获取到被测目标的具体磁场分布图，并反馈给操作中心来指导消磁线圈的充电参数，形成符合磁场特征分布的反向抵消磁场，把被测目标本身的磁场特征消除掉，接着测磁系统再次获取消磁作业后的磁场分布图，检验消磁效果，并针对性的产生反向抵消磁场，继续消除不满足要求的区域，反复重复上述过程，直到满足要求。
测磁系统的核心单元为矢量磁通门磁力仪探头，其可以获取到三个正交方向的轴向分量磁场，单个矢量磁力仪探头可以获取到单点的矢量磁场数据，而多个探头在同一平面按照等间隔布置后，能够获取到平面上的矢量磁场分布图。通常情况下，矢量磁力仪探头的三个轴向需要保持两两正交，但是实际工艺水平的限制及硬件电路的影响很可能会导致探头的轴向无法做到绝对正交，同时，各轴向都存在不同的灵敏度和零点偏移现象，这会对地磁场的分量测量和总场测量带来误差，并表现在矢量磁力仪探头具有转向误差，当单个探头的误差扩展到平面的多个探头上就会导致整个测磁系统的测量误差，进而影响系统的性能。
显然，为了获取到平面上的矢量磁场分布图，需要探头各轴向的磁场输出准确无误，避免输出错误导致提供虚假磁场信息，因此对单个探头的转向差校准工作就显得异常重要，直接决定了测磁系统的整体性能。
对探头进行转向差校准时，首先必须获取到探头在地磁场环境中的真实测量数据。因地磁场是矢量场，探头获取的地磁场数据必须尽可能覆盖到矢量空间的任意姿态，获取到地磁数据需要基于真实的磁场进行解算，得到误差因子并代入到原始磁数据中，从而得到剔除转向差的正确磁场值。
因此，转向差校准的关键在于，如何获取全方位矢量空间的真实磁场数据，并基于转向差校准的数据模型或数据方法进行结合、解算出误差因子，最终得到真实的磁场数据。
发明内容
本发明解决了现有技术中存在的问题，提供了一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法，可实现大平面测磁系统中的矢量磁力仪转向差校准工作，完成矢量磁力仪的转向误差校准工作。
本发明所采用的技术方案是，一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法，所述方法将自平衡矢量磁力仪及其探头设置于固定平台上，布设硬件；
将固定有自平衡矢量磁力仪及其探头的固定平台以全方位姿态变换机动，获取对应的磁场数据；
基于所述磁场数据，对自平衡矢量磁力仪进行转向差校准。
优选地，建立三维球空间，以探头所在位置为O点，X轴和Z轴为水平方向，Y轴为竖直方向，X、Y、Z轴两两垂直；所述全方位姿态变换包括横滚机动、俯仰机动和方位机动，姿态变换至每个预设位置后锁紧并获取对应的磁场数据。
优选地，每一次方位机动对应的横滚机动和俯仰机动所在的竖直平面垂直。
优选地，所述方位机动为将探头所在的XOZ平面以探头为圆心分割为12个等间隔方位，相邻两个方位间的夹角为30°，每个方位对应1个方位基准点。
优选地，对应每个方位基准点，探头所在的XOY平面以探头为圆心分割为8个等间隔俯仰位，相邻两个俯仰位间的夹角为45°，每个俯仰位对应1个俯仰基准点。
优选地，其中2个俯仰位位于XOZ平面。
优选地，对应每个方位基准点，探头所在的YOZ平面以探头为圆心分割为8个等间隔横滚位，相邻两个横滚位间的夹角为45°，每个横滚位对应1个横滚基准点。
优选地，其中2个横滚位位于XOZ平面。
优选地，所述校准后的总场磁场值Mnorm为，
Figure BDA0003693218930000031
Figure BDA0003693218930000032
分别为校准后的X分量、Y分量、Z分量；
Figure BDA0003693218930000033
Figure BDA0003693218930000034
Figure BDA0003693218930000035
其中，Mx、My、Mz分别为实测的X分量、Y分量、Z分量磁场值；
a、b、c分别为X分量、Y分量、Z分量的角度误差；
Kx、Ky、Kz分别为X分量、Y分量、Z分量的比例因子误差；
bx、by、bz分别为X分量、Y分量、Z分量的零点偏移误差；
a、b、c、Kx、Ky、Kz、bx、by、bz均为校准因子。
优选地，布设的硬件包括传输电缆、处理器、串口线和采集系统；自平衡矢量磁力仪通过传输电缆与处理器连接，自平衡矢量磁力仪的探头测得的磁场数据传输至处理器；处理器通过串口线与采集系统连接，处理器完成磁场数据的采集、滤波和处理后传输至采集系统；采集系统对磁场数据显示、后处理和存储。
本发明的理论依据为，自平衡矢量磁力仪由三个两两垂直的测磁分量组成，每个测磁分量分别测试对应轴的地磁分量磁场，三个地磁分量磁场通过算术计算得到地磁合成总场；理论情况下，若自平衡矢量磁力仪三个测磁分量处于理想情况，当在磁场不变的地磁场环境中改变自平衡矢量磁力仪的姿态时，磁力仪测量的地磁合成总场等于真实地磁总场，即测量的合成总场不变，但是真实的矢量磁力仪由于加工误差、电路零偏、零点偏置等因素影响，测量的合成总场在姿态改变时数据将产生变化，该变化量是由磁力仪变换姿态导致的转向差误差，可以通过建立转向差误差模型来获取校准因子，并通过实测数据来计算校准因子，从而消除转向差误差；
地磁场为矢量场，既有大小又有方向；从整体上看，地磁场在地球表面的分布随着经纬度的变化而变化，最终指向地磁北极，但是从局部看，磁环境平稳的地磁场在确定的矢量空间内，磁场大小和方向是稳定的，即在同一个位置的磁场大小和方向不变；基于此，以转向差校准装置带动探头在矢量空间的同一位置变换姿态，包含0～360°范围的横滚机动、±90°范围的俯仰机动、0～360°范围的方位机动，覆盖全量程范围的磁场数；记录探头在不同姿态时的三个分量读数，并得到合成总场的值，将记录的实测值代入转向差误差模型，以不变的真实地磁总场值为基准，得到转向差误差模型的校准因子，消除转向差误差。
基于理论依据，本发明提出一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法，将自平衡矢量磁力仪及其探头设置于固定平台上，布设硬件；将固定有自平衡矢量磁力仪及其探头的固定平台以全方位姿态变换机动，完成自平衡矢量磁力仪及其探头在横滚角、俯仰角和航向角三个角度360°无死角旋转的动作的需求并获取对应的磁场数据；基于所述磁场数据，对自平衡矢量磁力仪进行转向差校准。
本发明的有益效果在于：
(1)针对性解决自平衡矢量磁力仪的转向差误差，以转向差校准装置带动矢量磁力仪，获取全方位矢量空间的实际磁场值，并通过转向差校准模型对实际磁场值进行转向差校准，得到消磁转向差的磁场数据；
(2)矢量空间点覆盖全量程范围的磁场数，确保了磁场数据的全面性；
(3)通过测试对比，校准前后的转向差误差量减小97％以上，极大提升磁力仪的输出精度。
上述方案的实施，使大平面测磁系统中的自平衡矢量磁力仪转向差校准工作得以实现，并具备可实施性。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的硬件实施方式；
图3为本发明的全方位姿态变换机动实施方式示意图，其中(a)、(b)、(c)分别对应横滚机动、俯仰机动和方位机动；
图4为本发明中转向差校准效果对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明涉及一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法，所述方法将自平衡矢量磁力仪1及其探头设置于固定平台上，布设硬件；
将固定有自平衡矢量磁力仪1及其探头的固定平台以全方位姿态变换机动，获取对应的磁场数据；
基于所述磁场数据，对自平衡矢量磁力仪1进行转向差校准。
本发明中，方法的实施包括自平衡矢量磁力仪转向差校准系统硬件实施、全方位姿态变换机动实施和后处理校准实施。
本发明中，通过引入一套转向差校准装置，用于带动自平衡矢量磁力仪1在矢量空间全自由度变换姿态，在变换姿态过程中获取实际测试数据，包含0～360°范围的横滚机动、±90°范围的俯仰机动、0～360°范围的方位机动，覆盖全量程范围的磁场数；记录探头在不同姿态时的三个分量读数，并得到合成总场的值，将记录的实测值代入转向差误差模型，以不变的真实地磁总场值为基准，得到转向差误差模型的校准因子，消除转向差误差。
布设的硬件包括传输电缆2、处理器3、串口线5和采集系统6；自平衡矢量磁力仪1通过传输电缆2与处理器3连接，自平衡矢量磁力仪1的探头测得的磁场数据传输至处理器3；处理器3通过串口线5与采集系统6连接，处理器3完成磁场数据的采集、滤波和处理后传输至采集系统6；采集系统6对磁场数据显示、后处理和存储。
本发明中，自平衡矢量磁力仪转向差校准系统硬件实施方式如图2所示，其中，自平衡矢量磁力仪1安装固定在横滚机动架构7的底座上，由横滚机动架构7来带动自平衡矢量磁力仪1进行横滚姿态变换；横滚机动架构7在俯仰仰机动架构8的内侧，由俯仰机动架构8带动内部的自平衡矢量磁力仪1进行俯仰姿态变换；方位机动架构9可在水平方位进行机动，带动自平衡矢量磁力仪1进行方位姿态变换。
本发明中，自平衡矢量磁力仪1的磁信号通过传输电缆2(测磁电缆)传输至处理器3，处理器3的电源由电源线4提供，电源线4外接220V/50Hz交流电；由处理器3完成磁信号的采集、滤波和处理，通过串口线5将磁信号传输至采集系统6，由采集系统6完成磁信号的显示、后处理和存储。
建立三维球空间，以探头所在位置为O点，X轴和Z轴为水平方向，Y轴为竖直方向，X、Y、Z轴两两垂直；所述全方位姿态变换包括横滚机动、俯仰机动和方位机动，姿态变换至每个预设位置后锁紧并获取对应的磁场数据。
每一次方位机动对应的横滚机动和俯仰机动所在的竖直平面垂直。
所述方位机动为将探头所在的XOZ平面以探头为圆心分割为12个等间隔方位，相邻两个方位间的夹角为30°，每个方位对应1个方位基准点。
对应每个方位基准点，探头所在的XOY平面以探头为圆心分割为8个等间隔俯仰位，相邻两个俯仰位间的夹角为45°，每个俯仰位对应1个俯仰基准点。
其中2个俯仰位位于XOZ平面。
对应每个方位基准点，探头所在的YOZ平面以探头为圆心分割为8个等间隔横滚位，相邻两个横滚位间的夹角为45°，每个横滚位对应1个横滚基准点。
其中2个横滚位位于XOZ平面。
本发明中，在横滚机动架构7的0～360°范围内，设置八个等间隔横滚基准点，相邻两个基准点间隔45°，八个基准点覆盖0～360°的横滚机动范围；在俯仰机动架构8的±90°(事实上也是360°)范围内，包含八个等间隔俯仰基准点，相邻两个基准点间隔45°，八个基准点覆盖±90°的俯仰机动范围；在方位机动架构9的0～360°范围内，包含十二个等间隔方位基准点，相邻两个基准点间隔30°，十二个基准点覆盖0～360°方位机动范围。
本发明中，如图3所示，给出具体实施方式，包含横滚机动、俯仰机动和方位机动三组机动；
横滚机动上共包括八个基准点：10、11、12、13、14、15、16、17，相邻两个基准点间隔45°；
俯仰机动上共包括八个基准点：18、19、20、21、22、23、24、25，相邻两个基准点间隔45°；
方位机动上共包括十二个基准点：26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37，相邻两个基准点间隔30°；
调整自平衡矢量磁力仪1及其探头至对应的基准点，采集磁信号后输出。
所述校准后的总场磁场值Mnorm为，
Figure BDA0003693218930000071
Figure BDA0003693218930000081
分别为校准后的X分量、Y分量、Z分量；
Figure BDA0003693218930000082
Figure BDA0003693218930000083
Figure BDA0003693218930000084
其中，Mx、My、Mz分别为实测的X分量、Y分量、Z分量磁场值；
a、b、c分别为X分量、Y分量、Z分量的角度误差；
Kx、Ky、Kz分别为X分量、Y分量、Z分量的比例因子误差；
bx、by、bz分别为X分量、Y分量、Z分量的零点偏移误差；
a、b、c、Kx、Ky、Kz、bx、by、bz均为校准因子。
本发明中，姿态变换完毕后，通过后处理的方式将获取的实测磁数据代入到转向差误差模型中进行校准处理，得到校准因子，进而获得校准后的磁数据，消除转向差误差。
本发明中，根据自平衡矢量磁力仪转向差校准系统硬件实施方式搭建硬件系统，根据全方位姿态变换机动实施方式获取矢量空间磁场数据，遍历到横滚机动、俯仰机动和方位机动的每一个基准点，总记录数据点数为8×8×12，共计768个；根据后处理校准实施方式数学模型，通过最小二乘法得到校准因子，进而获得校准后的磁数据。
如图4所示为某次的自平衡矢量磁力仪转向差校准效果曲线图，校准前后的转向差分别为944.6nT、22.1nT，转向差误差量减小了97.7％((944.6-22.1)/944.6×100％＝97.7％)，极大提升了磁力仪的输出精度。

Claims (10)

1.一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法，其特征在于：所述方法将自平衡矢量磁力仪及其探头设置于固定平台上，布设硬件；
将固定有自平衡矢量磁力仪及其探头的固定平台以全方位姿态变换机动，获取对应的磁场数据；
基于所述磁场数据，对自平衡矢量磁力仪进行转向差校准。
2.根据权利要求1所述的一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法，其特征在于：建立三维球空间，以探头所在位置为O点，X轴和Z轴为水平方向，Y轴为竖直方向，X、Y、Z轴两两垂直；所述全方位姿态变换包括横滚机动、俯仰机动和方位机动，姿态变换至每个预设位置后锁紧并获取对应的磁场数据。
3.根据权利要求2所述的一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法，其特征在于：每一次方位机动对应的横滚机动和俯仰机动所在的竖直平面垂直。
4.根据权利要求2所述的一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法，其特征在于：所述方位机动为将探头所在的XOZ平面以探头为圆心分割为12个等间隔方位，相邻两个方位间的夹角为30°，每个方位对应1个方位基准点。
5.根据权利要求3所述的一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法，其特征在于：对应每个方位基准点，探头所在的XOY平面以探头为圆心分割为8个等间隔俯仰位，相邻两个俯仰位间的夹角为45°，每个俯仰位对应1个俯仰基准点。
6.根据权利要求5所述的一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法，其特征在于：其中2个俯仰位位于XOZ平面。
7.根据权利要求3所述的一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法，其特征在于：对应每个方位基准点，探头所在的YOZ平面以探头为圆心分割为8个等间隔横滚位，相邻两个横滚位间的夹角为45°，每个横滚位对应1个横滚基准点。
8.根据权利要求7所述的一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法，其特征在于：其中2个横滚位位于XOZ平面。
9.根据权利要求2所述的一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法，其特征在于：所述校准后的总场磁场值Mnorm为，
Figure FDA0003693218920000021
Figure FDA0003693218920000022
分别为校准后的X分量、Y分量、Z分量；
Figure FDA0003693218920000023
Figure FDA0003693218920000024
Figure FDA0003693218920000025
其中，Mx、My、Mz分别为实测的X分量、Y分量、Z分量磁场值；
a、b、c分别为X分量、Y分量、Z分量的角度误差；
Kx、Ky、Kz分别为X分量、Y分量、Z分量的比例因子误差；
bx、by、bz分别为X分量、Y分量、Z分量的零点偏移误差；
a、b、c、Kx、Ky、Kz、bx、by、bz均为校准因子。
10.根据权利要求1所述的一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法，其特征在于：布设的硬件包括传输电缆、处理器、串口线和采集系统；自平衡矢量磁力仪通过传输电缆与处理器连接，自平衡矢量磁力仪的探头测得的磁场数据传输至处理器；处理器通过串口线与采集系统连接，处理器完成磁场数据的采集、滤波和处理后传输至采集系统；采集系统对磁场数据显示、后处理和存储。
CN202210670535.4A 2022-06-14 2022-06-14 一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法 Pending CN115097370A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210670535.4A CN115097370A (zh) 2022-06-14 2022-06-14 一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210670535.4A CN115097370A (zh) 2022-06-14 2022-06-14 一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115097370A true CN115097370A (zh) 2022-09-23

Family

ID=83291873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210670535.4A Pending CN115097370A (zh) 2022-06-14 2022-06-14 一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115097370A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116165577A (zh) * 2023-04-26 2023-05-26 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 基于量子自主导航的地磁信号平衡方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116165577A (zh) * 2023-04-26 2023-05-26 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 基于量子自主导航的地磁信号平衡方法
CN116165577B (zh) * 2023-04-26 2023-06-27 军事科学院系统工程研究院网络信息研究所 基于量子自主导航的地磁信号平衡方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107544042B (zh) 一种磁力计阵列校正方法
CN102853760B (zh) 一种三轴磁传感器磁轴垂直度的标定方法
CN110308490B (zh) 基于磁传感器阵列的旋转运动磁异常目标探测装置及方法
CN113325353B (zh) 一种磁强计空间姿态标定方法及系统
Liu et al. Calibration and compensation of geomagnetic vector measurement system and improvement of magnetic anomaly detection
CN104345348B (zh) 航空超导全张量磁梯度测量系统相关参数获取装置及方法
CN109633491B (zh) 全张量磁梯度测量系统安装误差的标定装置及标定方法
CN109633490B (zh) 一种全张量磁梯度测量组件的标定方法
CN110146839A (zh) 一种移动平台磁梯度张量系统校正方法
CN106643792A (zh) 惯性测量单元和地磁传感器整体标定装置及标定方法
CN107340545B (zh) 一种地磁全要素测量系统及方法
US5642045A (en) Magnetic field gradiometer with improved correction circuits
CN108398124B (zh) 一种电子罗盘校准方法
CN107132587A (zh) 航空超导全张量磁梯度测量系统安装误差标定方法及装置
CN109633540B (zh) 一种磁源的实时定位系统及实时定位方法
CN115097370A (zh) 一种大平面测磁系统中自平衡矢量磁力仪转向差校准方法
CN109633541B (zh) 一种磁源定位装置及磁源定位方法
Liu et al. Compensation of geomagnetic vector measurement system with differential magnetic field method
Pang et al. Misalignment error suppression between host frame and magnetic sensor array
CN109307847B (zh) 一种磁体的二阶欧拉反演法
RU2481593C2 (ru) Способ определения параметров характеристики преобразования трехкомпонентного магнитометра
CN109633539B (zh) 一种磁源的静态定位装置及静态定位方法
JPH09243725A (ja) 磁気分布測定方法，磁気分布測定装置および磁気検出器板
CN108469593A (zh) 一种基于非晶丝正交阵列的高分辨率正交磁通门全方位磁场梯度传感器
Georgievich et al. Multielement triaxial fluxgate gradiometer with variable base

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination