平面十字磁梯度张量系统的两步线性校正

发布时间：2020-01-29 09:03

【摘要】：磁梯度张量系统的测量精度受限于磁传感器的零漂、灵敏度差异和三轴非正交性等系统误差以及各传感器轴系间的非对准误差。构建了平面十字磁梯度张量系统的误差参数线性模型,提出了两步线性校正法。利用两个非线性变量转换构建单磁传感器系统误差的线性方程组,对误差参数进行最小二乘估计,将传感器实际输出校正为各自理想正交输出;利用旋转矩阵构建各传感器理想正交轴间非对准误差的线性方程组并求出最小二乘解,将各传感器输出校正到参考平台框架正交坐标系上。两步校正过程均无数学简化。仿真与实验表明,相比忽略二阶及以上高阶小量的常规线性校正,提出的张量系统两步线性校正法更为精确,误差参数仿真估计准确率高于93%,实测校正后总场强度均方根误差小于13 n T,张量分量均方根误差小于90 n T/m。
【图文】：

2234仪器仪表学报第38卷图1平面十字形磁梯度张量系统结构设计Fig．1Structuredesignoftheplanarcross-magneticgradienttensorsystem2张量系统的两步线性校正2．1单磁传感器线性校正单磁传感器存在如零位偏差、灵敏度标度因子、非正交性、温度系数和磁滞等系统误差。PangH等人［11］使用支持向量机对磁通门传感器温差、非线性度漂移进行补偿，有效提高了测量精度，但温度误差主要由磁芯温度系数造成，一般环境温差小且工作时间短，本文暂不考虑。对于无磁极倒转的稳定磁场环境，，磁滞现象仅产生剩磁并表现为零偏，而磁滞回线对测量影响较小［12］。PangH等人［13］在2016年提出具有磁力扰动参数的三轴磁强计校准与磁干扰补偿，但硬磁补偿不是影响校正结果的关键，虽在硬铁干扰下补偿性能较好，但误差参数模型反而被简化。WuZH．T．等人［14］提出约束总最小二乘法可直接得到三轴磁强计校正结果，但未能估计误差参数。据此，可构建传感器主要系统误差参数模型，通过数值优化算法求解参数以校正传感器输出。一些常规校正法［8，15-16］虽能估计出误差参数，但求解过程忽略了参数模型高阶小量，校正结果具有较大偏差。本文通过两个非线性转换将磁传感器的非线性误差模型线性化，过程无任何数学简化，系统误差可被精确估计。构建传感器坐标轴非正交角度如图2所示。参考平台框架正交坐标系为O-XYZ，设传感器实际坐标系O-X1Y1Z1和理想正交坐标系O-X2Y2Z2。轴OZ1与OZ2同轴，面Z1OY1与Z2OY2共面。设OY1与OY2夹角为ψ，OX1与X2OY2夹角为φ，OX1在X2OY2上的投影OX1'与OX2夹角为θ。非正交角φ、θ、ψ一旦确定，传感器理想正交

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本文编号：2574312