基于平面矢量约束的磁-姿坐标系非对准误差校正方法研究

作     者：史淳 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵静

授予年度：2023年

学科分类：081801[工学-矿产普查与勘探] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：航空三分量磁测 三轴磁传感器 惯导系统 坐标系非对准误差校正 平面矢量约束 布谷鸟搜索算法 

摘      要：矿产资源是国民经济建设和社会发展的重要物质基础,我国95%以上的能源和80%以上的工业原料都来自于矿产资源。因此,保障矿产资源的稳定和可持续供应至关重要。为加快建设新型能源体系,提升国家战略物资储备,我国正在开展新一轮战略性找矿行动,科学找矿是突破该战略行动的一个重要环节。航空磁法作为一种高效率的地球物理勘探手段,在科学找矿行动中应用广泛。随着磁法勘探理论和技术的不断发展,磁测参数正在由总场强度或总场梯度向矢量演化,三分量磁测成为当前航空磁测发展的主要方向之一。三分量磁测系统在工作过程中采集的是磁传感器坐标系下的三分量磁场数据,还需同步采集航向角、俯仰角和横滚角等三维姿态数据,借此将磁测数据校正到地理坐标系中才可以进行后续的数据处理和反演解释。但由于三分量磁传感器与测量姿态的惯导系统在集成为磁测系统过程中,二者之间的坐标系存在非对准误差,会严重影响姿态校正精度,并最终影响三分量磁测精度。本文针对航空三分量磁测系统中的磁传感器和惯导系统之间坐标系非对准误差问题,基于欧拉旋转定理,研究了平面矢量约束的校正方法,并通过仿真实验与野外实测对其校正效果进行验证。主要研究内容如下:1)分析了航空三分量磁测系统中磁传感器坐标系与惯导系统坐标系之间的非对准误差产生原因,基于欧拉旋转定理推导了空间旋转坐标系的转化关系。建立了磁-姿坐标系非对准误差校正模型,研究了基于平面矢量约束的方法原理。2)提出了基于布谷鸟搜索算法的磁-姿坐标系非对准误差校正参数求解方法。通过仿真实验,验证和评估了该方法的校正效果。3)搭建了三分量磁测地面模拟实验系统并开展了野外实验,对测得的三分量磁测数据进行了非对准误差校正处理,引用峰峰值评估该方法的校正性能。结果显示,校正前的三分量磁测数据的峰峰值分别为3127.7n T、1897.1n T、1857.6n T,校正后降低至17.9n T、24.4n T、18.6n T,改善率分别为99.42%、98.71%、99.16%。