基于改进Levenberg-Marquardt算法的地磁矢量校准方法

三轴磁传感器误差校准的椭球拟合方法通常要先求得椭球参数,再通过矩阵分解才能得到误差校准参数,这将导致误差校准参数存在无穷多解.为解决此问题,提出了一种基于改进的Levenberg-Marquardt(LM)算法的地磁矢量校准方法.首先使用质子磁传感器提供地磁场真值,利用改进的LM算法直接求解三轴磁传感器误差校准参数,然后利用加速度计测量恒定重力场作为辅助信息校准三轴磁传感器和加速度计坐标系之间的非对准误差.仿真结果表明,本文提出的方法可以使得三轴磁传感器测量地磁总场的均方根误差减小两个数量级,测量地磁分量的均方根误差减小一个数量级;实验结果表明该方法能够大大提高三轴磁传感器测量精度,最终获得加速度计坐标系下的高精度地磁场矢量.     

基于高斯过程回归的三轴磁传感器校正方法研究

针对三轴磁传感器的转向差校准,本文提出基于高斯过程回归的误差补偿方法,在均匀磁场环境下多次旋转得到磁测数据,通过高斯过程回归拟合传感器磁测数据与真实磁场之间的映射关系,完成三轴磁传感器的校正.仿真和实验结果均证明该算法对小样本数据具有良好的校正效果,同时分析对比了几种常见核函数对校正性能的影响,进一步验证高斯过程回归法对磁传感器校正的有效性,将磁测数据的最大峰峰值误差从1168.44 nT降低到2.75 nT,显著降低了三轴磁传感器的测量误差.     

基于SVR的三轴磁通门传感器误差修正研究

提出了一种基于支持向量回归机(SVR)的三轴磁通门传感器误差修正方法。分析和理论计算了三轴磁通门传感器中由于三轴非正交、灵敏度不一致与零点漂移所引起的测量误差;设计了相应矩阵形式的数学模型对该误差进行修正。构造新的目标函数,使修正模型的参数矩阵转换为等价的线性形式,从而建立起中间模型。再由SVR算法辨识出中间模型系数,并通过中间模型系数与参数矩阵之间的关系,实现对误差修正模型的辨识。用实际地磁场测量数据进行测试,结果表明:三轴磁通门传感器在不同姿态下的测量误差由800 nT修正到60 nT以下。该研究为提高三轴磁通门传感器性能提供了一种可行方法。     

基于椭球拟合的磁力计误差校正方法研究

针对工作环境下的MEMS磁力计易受磁场干扰,且传统误差补偿速度慢、需要外部信息辅助而影响地磁信息获取时效性和精度的问题,提出一种基于椭球拟合的磁力计误差修正算法。建立基于刻度因子误差、非正交误差、零偏误差和软硬磁特性的磁力计误差模型,采用最小二乘平差法估计椭球拟合算法中的椭球方程系数,得到校准后的磁场强度值。实验结果表明,经过论文提出的椭球拟合算法校正后的磁场强度波动幅度明显小于磁力计测量的原始磁场强度,能够有效降低磁力计测量误差。     

基于椭球拟合的三轴磁传感器误差补偿方法

考虑现有多轴磁传感器的标定补偿方法普遍存在计算量较大、操作时间长、场地要求面积大、标定设备要求高等问题,提出了基于椭球拟合的三轴磁传感器误差标定补偿方法。在分析传感器误差产生机理的基础上,建立了磁传感器误差模型,推导了误差系数的解算公式,并利用椭球拟合的方法对三轴磁传感器进行了测试标定与误差补偿。实验结果表明,该方法能够正确、有效地标定补偿三轴磁传感器不正交误差、灵敏度误差和零偏误差,具有修正过程简捷、省时、精度高特点不依赖于精密仪器提供准确的方向基准、水平基准等,能够广泛应用于多轴矢量传感器的误差标定和有效补偿。     

三轴磁敏传感器误差分析与校正研究

三轴磁敏传感器被广泛应用于空间磁场测量。但由于非正交性、各通道定标比例系数的不一致性以及各通道零点偏置,三轴磁敏传感器不同的姿态会导致测量结果上的差异,即存在转向误差。首先对三轴磁敏传感器转向误差进行了细致的分析与计算,提出了一种轴间正交化、调整灵敏度和减小零点漂移的转向误差模型。然后,建立了与之对应的神经网络结构以实现对转向误差模型参数的智能辨识。最后,通过建立的误差模型实现了对转向误差的自校正。实验结果表明,所提的自校正方法能有效改善三轴磁敏传感器的性能。     

基于自适应遗传算法的三轴磁强计误差校正方法

三轴磁强计已被广泛应用于空间磁场的测量。分析三轴不正交对三轴磁强计测量结果带来的影响,得到三轴磁强计的误差校正公式,建立求解非正交误差角的最优化数学模型,并运用自适应遗传算法对模型进行求解,实现对磁强计固有参数的辨识和测量误差的校正。通过FGM-2000三轴磁力仪实测实验对校正方法进行验证,结果表明,校正方法效果明显,仪器的测量误差减小了88.1%,测量精度显著提高。     

基于粒子群优化的三轴磁强计非线性误差校正

三轴磁强计的非线性误差是影响其测量精度的重要因素,而传统三轴磁强计误差模型仅考虑零偏、磁轴非正交和灵敏度误差,无法实现对磁测误差有效剥离和校正.通过对传统误差模型进行扩展,提出了三轴磁强计的非线性误差模型,并利用自适应粒子群优化(APSO)算法对非线性误差模型参数进行反演.实验结果表明:可以有效地补偿三轴磁强计的非线性测量误差,相较于传统校正方法,在误差参数规模较大情况下,APSO算法具有更好的全局搜索能力,可大幅提高误差参数反演精度及算法收敛速度.     

一种基于椭球约束和Procrustes分析的磁矢量传感器校正算法

磁矢量传感器在测量过程中将受到载体及其他工作部件的干扰,为保证和提高测量精度,提出了基于椭球约束和Procrustes分析的磁矢量传感器校正算法。在分析误差来源并进行分类的基础上,建立了磁矢量传感器误差模型,通过椭球约束法和正交Procrustes分析获得了由测量值到真值的映射关系,实现磁矢量传感器的校正。仿真结果表明,该校正方法能有效地完成磁矢量传感器的校正,而且方法简单、易于实现,在较大噪声水平下也能较好的完成校正工作。     

航姿参考系统中磁航向传感器误差标定与补偿

对于航姿参考系统中磁航向传感器的输出精度来说,误差环境对其精确度的影响起着很大的作用.为了校正磁航向传感器的误差,提出了一种基于改进最小二乘法的椭球拟合法,对三轴磁传感器误差做快速标定补偿.首先,对磁航向传感器的误差产生机理进行有效分析,然后,针对分析结果建立误差椭球模型,推导出误差系数的解算公式,利用改进的椭球拟合方法对磁航向传感器进行标定和补偿.实验结果表明,改进的椭球拟合方法能够正确快速的标定补偿磁航向传感器的零偏误差、非正交误差、灵敏度误差,在解决当前磁传感器标定补偿计算量大、操作时间长、标定设备要求高等问题上达到了预期的效果,具有补偿效果显著,简单易行等特点.     

基于模值估计的三轴磁力计标定方法研究

现有的三轴磁力计标定方法大都是对采样数据进行归一化,然后利用样本数据求解参数.为了提高标定算法的通用性和有效性.提出了一种改进的标定方法,首先将磁力计所处位置磁场向量的模作为误差模型参数,然后对其进行估计算法设计,接着提出一种两步标定方法进行参数初值的选取,然后应用Levenberg-Marquardt方法进行磁力计标定算法设计.仿真和实验结果表明,本文所提算法对类似的三轴传感器具有通用性,不依赖于传感器的观测向量,同时能够对所观测向量的模值进行精确的估计,可以标定三轴磁力计的安装误差、静态灵敏度误差和零位误差,标定过程简便,适用性广.     

基于椭球假设的三轴加速度计误差标定与补偿

为提高三轴加速度计测量精度,根据其误差来源和产生机理,建立了误差模型;通过对误差模型分析,指出三轴加速度计输出轨迹符合椭球假设,提出一种椭球拟合法确定误差模型,实现对加速度计误差补偿。三轴加速度计捷联安装到三自由度转台进行误差标定和补偿,实验结果表明:加速度计最大、最小绝对误差可以减小100倍左右,精度达到10-3m/s2。该方法对采集数据的姿态没有太高要求,补偿效果显著,简单易行。     

一种简单的低成本航姿系统标定及修正方法

在对低成本航姿系统进行加速度计与磁力计的标定中,通常磁力计的信噪比更低,仅使用椭球拟合法标定传感器误差参数结果是不够精确的;为了提高标定结果的准确性,提出了一种在多位置条件下基于椭球拟合约束和点积法的误差参数标定及修正方法;首先,在静态多位置下获取15对低噪声的测量数据并进行椭球拟合标定,其次,用补偿后的磁力计数据分布特征构建椭球约束条件,通过点积法计算地磁矢量与水平面夹角,并以其均方差来量化修正效果,对磁力计中可观性差的轴间不正交误差参数和传感器间非对准误差参数进行修正,最终提升标定效果;仿真和实测的试验结果表明,在同等椭球拟合约束下,该方法相比于独立使用椭球拟合法和点积不变法,地磁矢量与水平面夹角的均方差下降了25%以上,且具有简单易用的特点。     

非匀强磁场环境下三轴磁场传感器校正方法研究

针对三轴磁场传感器校正需要已知的匀强磁场环境的问题,提出了一种非匀强磁场环境下三轴磁场传感器校正方法。通过改变永磁体相对三轴磁场传感器的相对位置,建立了关于三轴非正交性角度、各轴灵敏度不一致数值和永磁体磁矩的误差校正模型,通过遗传算法优化得到三轴磁场传感器的三轴非正交角度和各轴灵敏度不一致数值。通过改变传感器磁轴方向,将两次反向磁场值取平均值得到了传感器各轴的零点偏移量。通过实验证明了非匀强磁场环境下三轴磁场传感器校正方法的正确性,为三轴磁场传感器实际工程校正提供了一种有效的手段。     

基于三轴磁强计和重力测量的融合导航算法

为了减小地磁导航的估计误差协方差,提高导航的可靠性和准确性,将重力作为一种新的量测信息引入到地磁导航系统中,提出了基于三轴磁强计与重力测量的融合导航算法.该算法以飞行器的位置与速度向量作为状态向量,建立状态方程;以飞行器所在位置的地磁场强度矢量与重力场强度矢量作为观测向量,建立观测方程;设计了一种联邦滤波器,用于融合三轴磁强计与重力测量仪表提供的量测信息.由于量测方程与状态方法都是非线性的,因此采用无迹卡尔曼滤波器(UKF)作为子滤波器可获得较高精度.仿真结果表明:该方法得到的位置估计误差小于30m,速度误差小于5m/s.与单一地磁导航、重力导航方法相比,该组合导航方法显示出更好的收敛性与可靠性.     

基于双轴旋转框架捷联惯性组件快速标定方法研究

现场条件下惯组的标定精度及标定速度直接影响惯性导航系统的使用.基于双轴旋转框架的捷联惯组快速标定法,将带有旋转框架的惯组安装在载体上,只需一次通电后控制双轴框架合理转位,实现惯组误差参数的快速辨识.结果表明6位置快速标定法,可以满足捷联惯组现场标定精度要求且在30 min内即可完成惯组标定,尤其是降低了现场标定时对高精度三轴转台的依赖,极大地提高了器件测试的灵活性.     

基于线性化参数模型的三轴磁场传感器校准方法

针对三轴磁场传感器零偏误差、刻度因子不一致性误差和非正交误差等,建立了磁场传感器的三个敏感轴与参考正交坐标系的转换矩阵;基于标量校准思想,推导了传感器三轴测量值与磁场标量值之间的线性化参数模型;根据最小二乘原理,进行传感器模型参数辨识。选取两款三轴磁通门磁力仪进行了误差校准实验研究,校准后,传感器的测量误差可以降低一个数量级。在实验过程中,不需要高精度的实验设备,在稳定地磁场环境下即可进行。实验研究表明,此方法是一种方便易行、精度较高的传感器校准方法。