地磁导航中地磁稳定场矢量测量误差机理分析及补偿

本项目针对影响地磁导航精度的地磁基准图制备、地磁场实时测量两个技术瓶颈的共性科学问题"动态环境下地磁稳定场矢量精确测量"展开研究，从三轴磁传感器、载体磁场、地磁短期变化及载体姿态失准角四个误差源入手，首先研究磁传感器误差动静态模型建立、标定及补偿问题以准确测量磁场矢量信息；并针对载体磁场进行软补偿研究，从磁测矢量信息中提取地磁矢量信息；然后应用滤波方法来减小地磁短期变化对地磁稳定场矢量测量的干扰，并将地磁稳定场测量信息与外部导航信息进行数据融合，减小载体姿态失准角对地磁场北东地分量的影响。最后对地磁场矢量测量误差补偿滤波方法进行试验验证。本项目的研究成果不仅可以通过提高地磁场矢量测量精度来改善地磁导航的精度，而且还可直接应用于磁力勘探中航空磁测、航海磁测及卫星磁测等领域，为资源勘探和科学研究提供准确可靠的地磁稳定场矢量数据。

地磁导航由于其自主性强、隐蔽性能好、抗干扰能力强、导航误差不累积等优点成为近几年军事导航领域的关注焦点和研究热点。但地磁导航中，由于传感器动静态误差、运动载体自身磁场、地磁短期变化及载体姿态测量误差等原因造成对地磁稳定场北东地分量的测量精度不能满足地磁导航的需求。. 本项目针对动态环境下地磁稳定场矢量测量误差问题，开展了影响地磁稳定场矢量精确测量的几种误差的误差源分析、数学建模、标定补偿方法等研究工作。主要完成了以下工作：(1) 分析动态载体的结构特点、运动特性以及影响地磁测量精度的干扰因素；(2)建立捷联式三轴磁传感器的静态误差模型、动态误差模型、安装误差模型，并提出了各误差模型参数的标定补偿方法；(3) 分析典型形状磁材料的磁场分布，为载体磁场建模和补偿提供了理论基础；(4) 根据载体结构特点，建立固定磁场、感应磁场、涡流磁场的数学模型，并提出了标定方法及补偿方法；(5) 采用时序分析方法，建立随机磁场传感器响应的数学模型以及模型参数的实时估计与滤波技术；(6)建立地磁短期变化规律的函数模型以及补偿滤波技术；(7)分析载体姿态测量误差对地磁场三分量测量精度的影响并设计磁测单元的在线标定方法；(8)研制磁矢量补偿仪原理样机，并对所提出的地磁矢量测量误差标定和补偿方法的试验验证；(9)进行了误差标定补偿方法的实验室半物理仿真环境和旋转弹载环境下的验证实验。. 通过对课题的研究，突破了地磁导航中地磁稳定场矢量测量误差校准的关键技术，揭示了磁矢量测量中各个误差源的作用机理，提出了各个误差的标定及补偿方法，并实现了动态环境中地磁稳定场矢量测量误差的计算机软补偿，从而提高了实时地磁矢量测量精度以及地磁基准图精度水平，为高精度地磁导航及准确的自然资源磁力勘探提供了必要的保障。