三分量磁通门梯度仪校准算法研究.pdf

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1、第３８卷第８期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ８２０１７年８月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＡｕｇ．２０１７三分量磁通门梯度仪校准算法研究１，２１，２１，２杨志成，严胜刚，李斌（１．西北工业大学航海学院西安７１００７２；２．海洋声学信息感知工业和信息化部重点实验室西安７１００７２）摘要：针对三轴磁通门传感器非正交、灵敏度不一致、零偏以及构成梯度仪的两个磁通门传感器位置不一致引起的测量误差问题，建立了误差模型；基于地磁矢量模值短时不变原理，采用线性化最小二乘算法进行一个磁通门传感器参数的辨识；基于校准后三分量差值Ｆ范数最小原理，采用多元线性回归的

2、方法进行另一个磁通门传感器参数以及两个磁通门传感器相对位置关系参数的辨识。实验结果表明，该方法能够将两个磁通门中最大总场误差从１１９４．４ｎＴ降低到３０．０ｎＴ，将三分量梯度仪最大输出误差从５２９．１ｎＴ降低到１３．４ｎＴ，有效地改善了梯度仪性能。关键词：三轴磁通门梯度仪；误差校准；线性化最小二乘；最小Ｆ范数；多元线性回归中图分类号：ＴＨ７６２．３文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：４６０．４０Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｒｉａｘｉｓｆｌｕｘｇａｔｅｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ１，２１，２１，２ＹａｎｇＺｈｉｃｈｅｎｇ，ＹａｎＳｈｅｎｇｇａｎｇ，ＬｉＢｉｎ

3、（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｒｉｎｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｃｅａｎＡｃｏｕｓｔｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｅｎｓｉｎｇ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒｓｃａｕｓｅｄｂｙｎｏｎｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙ，ｉｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，ｚｅｒ

4、ｏｏｆｆｓｅｔｏｆｔｈｅｔｒｉａｘｉｓｆｌｕｘｇａｔｅｓｅｎｓｏｒａｎｄｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔｏｆｔｗｏｆｌｕｘｇａｔｅｓｅｎｓｏｒｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｈｅｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ，ｔｈｅｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｖａｒｉａｎｃｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｏｔａｌｇｅｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｖｅｃｔｏｒｍｏｄｕｌｕｓｉｎａｓｈｏｒｔｔｉｍｅ，ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｆｌｕｘｇａｔｅｓｅｎｓｏｒｉｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｗｉｔｈｌｉｎｅａｒｌｅａ

5、ｓｔｓｑｕａｒｅｓａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍＦｎｏｒｍｏｆｔｈｅ３ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｆｔｅｒｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄｆｌｕｘｇａｔｅｓｅｎｓｏｒａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｆｌｕｘｇａｔｅｓｅｎｓｏｒｓａｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍｕｌｔｉｐｌｅｌｉｎｅａｒｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｃａｎｒｅｄ

6、ｕｃｅｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｔｏｔａｌｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｅｒｒｏｒｏｆｔｗｏｆｌｕｘｇａｔｅｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒｓｆｒｏｍ１１９４．４ｎＴｔｏ３０．０ｎＴ，ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｏｕｔｐｕｔｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒｆｒｏｍ５２９．１ｎＴｔｏ１３．４ｎＴ．Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒｉａｘｉｓｆｌｕｘｇａｔｅｇｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ；ｅｒｒｏｒｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ；ｌｉｎｅａｒｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅ；ｍｉｎｉｍｕｍＦｎｏｒｍ；ｍｕ

7、ｌｔｉｐｌｅｌｉｎｅａｒｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ外、梯度仪还存在由两个磁通门传感器摆放位置不一致［５６］０引言引起的误差，严重影响其性能。这种误差可以通过校准方法减小或消除。目前磁通门磁传感器校准方法主三轴磁通门传感器以其体积小、价格低等优点被广要分为两大类，一类需要恒定磁场标准装置产生标准［１２］［７］泛应用于地磁测量、姿态导航等领域。磁通门梯度仪磁场信息作为参考，同时利用高精度三轴无磁转台主要由两个性能接近的磁通门传感器组成，测量值为两产生