本文關(guān)鍵詞：航空磁通門全張量儀校正及磁補償方法研究　出處：《吉林大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：磁梯度張量儀是一種測量磁場空間變化率的儀器,可以被裝載到飛行平臺中進行航空地球物理探測,具有空間分辨率高、信息豐富等特點,特別適合發(fā)現(xiàn)淺層隱伏礦、磁性運動目標等。磁梯度張量儀一般是由可以測量磁矢量的傳感器如超導(dǎo)和磁通門等,按一定空間分布來構(gòu)成。使用磁通門作為核心組件設(shè)計的磁梯度張量儀具有適用溫度范圍廣,成本低和高分辨率的優(yōu)點。然而,有兩個關(guān)鍵問題大大降低了磁通門全張量儀的數(shù)據(jù)質(zhì)量:一是磁通門全張量儀存在多種系統(tǒng)誤差,比如標度因子誤差、非正交誤差、零偏誤差、動態(tài)誤差、非線性誤差以及由安裝造成的非對準誤差;另一個是如果磁通門全張量儀和飛行器安裝距離非常近,飛行器在地磁場中的飛行會對磁通門全張量儀產(chǎn)生電磁干擾,比如硬磁干擾、軟磁干擾以及渦流磁干擾。當磁通門全張量儀距離飛行器非常遠時,其采集到的數(shù)據(jù)只受自身系統(tǒng)誤差影響。針對這種應(yīng)用情況,本文首先提出了一種基于不變量的磁通門全張量儀系統(tǒng)誤差校正方法。該種方法首先建立單個磁通門誤差校正模型,然后利用遞推方法推導(dǎo)出磁通門全張量儀系統(tǒng)誤差校正模型,最后兩步完成磁通門全張量儀系統(tǒng)誤差模型參數(shù)辨識:第一步先借助地磁場梯度在高空中接近為0的特性完成高空校正,第二步利用地面上非均勻磁場區(qū)域磁梯度張量不變量的旋轉(zhuǎn)不變特性實現(xiàn)磁梯度張量分量之間的標度因子校正。本文以磁偶極子模型為基礎(chǔ)進行了大量仿真實驗,同時也開展了相應(yīng)的野外實驗。實驗室仿真實驗和野外直升機掛載“十字型”磁通門全張量儀的飛行實驗都驗證了該方法的有效性。野外實驗區(qū)域內(nèi)校正后磁梯度張量分量的RMS達到1n T/m,改善比范圍從359.6到1765�？紤]到當磁通門全張量儀和飛行器距離特別近時飛行器會產(chǎn)生磁干擾的情況,本文提出了一種磁通門全張量儀的系統(tǒng)誤差校正及磁干擾補償融合方法。該方法首先融合磁干擾模型和單個磁通門誤差模型,然后利用遞推的方法推導(dǎo)出磁梯度張量分量的校正及磁補償模型,最后再利用高海拔地區(qū)磁梯度接近為0的特性得到校正及磁補償系數(shù)。通過實驗室仿真實驗和野外滑翔翼裝載“十字型”磁通門全張量儀的飛行實驗評估了該方法的性能。野外實驗區(qū)域內(nèi)校正后磁梯度張量分量的RMS達到2n T/m,改善比范圍從4087.4到17526。本文提出的這兩種方法非常容易擴展到其他結(jié)構(gòu)的磁通門全張量儀和SQUID磁梯度張量儀。
[Abstract]:Magnetic gradiometer is a kind of instrument for measuring the rate of magnetic field spatial change. It can be loaded into the flight platform for aeronautical geophysical exploration, and has the characteristics of high spatial resolution and abundant information. It is especially suitable for finding shallow concealed ores and magnetic moving targets. Magnetic gradient tensor is usually made up of a sensor that can measure the magnetic vector, such as superconductivity and magnetic flux gate, according to a certain spatial distribution. Magnetic gradient tensor, which is designed by magnetic flux gate as core component, has the advantages of wide range of temperature, low cost and high resolution. However, there are two key problems greatly reduces the data quality of fluxgate instrument: a full tensor fluxgate full tensor instrument there are many systematic errors, such as scale factor error, non orthogonal error, bias error and dynamic error, nonlinear error and non alignment error caused by the installation; the other one is if fluxgate instrument and full tensor aircraft mounted very close distance, the aircraft in flight in the earth's magnetic field will produce electromagnetic interference on the fluxgate tensor instrument, such as magnetic interference, soft magnetic interference and eddy current magnetic interference. When the fluxgate total tensor is very far away from the aircraft, the data collected is only influenced by its own system error. In view of this application, this paper first proposes an error correction method based on the invariants for the fluxgate full tensor system. This method firstly establishes the fluxgate error correction model, and then use the recursive method to derive the full tensor fluxgate instrument system error correction model, the last two steps to complete the fluxgate full tensor for system error model parameter identification: in the first step with gradient magnetic field in the air close to 0 of the characteristics of complete altitude correction, second the homogeneous magnetic field of magnetic gradient tensor invariant rotation invariant features the scaling factor between the components of the magnetic gradient tensor correction of non ground. In this paper, a large number of simulation experiments have been carried out on the basis of the magnetic dipole model, and the corresponding field experiments are also carried out. The effectiveness of the method is verified by the laboratory simulation experiment and the flight experiment of the field helicopter mounted "cross type" fluxgate full tensor. The RMS of the corrected magnetic gradient tensor component in the field experiment area is 1n T/m, and the improvement range is from 359.6 to 1765. Considering that when the fluxgate tensor and the distance between aircraft are very close, the aircraft will generate magnetic interference. In this paper, a new method of correcting the system error and magnetic interference compensation of fluxgate tensor is proposed. First, the magnetic interference model and the single flux gate error model are fused. Then the correction and magnetic compensation model of magnetic gradient tensor components is deduced by recursive method. Finally, the correction coefficient and magnetic compensation coefficient are obtained by using the magnetic gradient approaching 0 in high altitude area. The performance of the method is evaluated by the laboratory simulation experiment and the flight experiment of the "cross type" fluxgate full tensor with the field glider. The RMS of the corrected magnetic gradient tensor component in the field experiment area is 2n T/m, and the improvement range is from 4087.4 to 17526. The two methods proposed in this paper are easily extended to other structures with fluxgate full tensor and SQUID magnetic gradient tensor.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P631.222

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本文編號：1346119