旋翼无人机磁探测系统测量误差补偿技术研究

作     者：张德文 

作者单位：国防科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：田武刚

授予年度：2018年

学科分类：070801[理学-固体地球物理学] 07[理学] 0708[理学-地球物理学] 

主      题：旋翼无人机 三轴磁力仪 磁干扰补偿 两步校正法 岭估计 

摘      要：在航空磁测领域,旋翼无人机磁探测系统具有良好的应用前景。载体磁干扰补偿技术是提高旋翼无人机磁探测系统测量精度的关键技术之一。本文针对旋翼无人机磁探测系统中测量误差来源进行了分析,建立了测量误差模型,提出了模型参数估计算法,并通过仿真和实验对所提算法的补偿效果进行了验证。首先,详细分析了旋翼无人机磁探测系统测量误差的两个主要来源,即三轴磁力仪自身测量误差以及旋翼无人机的干扰磁场,并针对每种误差建立了相应的数学模型。根据对两种误差模型的分析,提出了旋翼无人机磁探测系统测量误差的综合补偿方案和分步补偿方案。其次,对测量误差模型的参数估计方法进行了研究。针对磁传感器传统误差校正方法难以保证分量校正精度的问题,提出了一种三轴磁力仪分量误差的两步校正算法。该方法能准确求解出三轴磁力仪误差模型参数,从而实现分量误差的校正,对三轴磁力仪性能评估以及磁场分量信息的应用具有重要价值。针对补偿飞行中无人机姿态不足而导致补偿飞行数据奇异性的问题,提出了岭估计算法,利用该方法获得了通用性更好的模型参数,对实现系统测量误差的补偿具有重要意义。通过仿真分析和实验验证对所提算法进行了验证。最后,开展了旋翼无人机干扰磁场补偿实验。搭建了旋翼无人机磁探测系统,对该系统的干扰磁场进行了测试,利用文中所提补偿方案和参数估计算法实现了旋翼无人机磁探测系统测量误差的补偿,测量误差标准差由补偿前的76.57nT减小到补偿后的4.41nT。实验结果验证了所提补偿方案和参数估计算法的有效性。