[发明专利]一种三轴磁传感器测量基准与结构基准的误差校正方法

说明书

本发明提出了一种三轴磁传感器测量基准与结构基准的误差校正方法，使用数字校正方法，消除三轴磁探测器测量基准、结构基准以及安装基准之间的误差。在不提高结构精度和装配精度的条件下，使三轴磁传感器达到较高的精度和准确度。对不同型号的三轴磁传感器也可以控制在较高的精度水平，而且可保证性能的一致性。本发明提出的校正方法，简单有效，可重复性好，校正精度高。

技术领域

本发明属于试验技术领域，具体涉及一种三轴磁传感器测量基准与结构基准的误差校正方法。

背景技术

三轴磁传感器是空间磁场探测的基本工具，由于其可获得高精度的空间弱磁场矢量数据，因此被广泛应用于航海、航空、航天领域，完成磁测量、导航、姿态调整等工作。

在使用空间磁场矢量数据时，通常需要以磁强计安装平台的载体结构坐标系为基准测量磁场数据，而磁强计对空间磁场的测量是在磁传感器自身的测量坐标系为基准完成的。对于在航天领域中使用的高精度的三轴磁传感器，测量基准和结构基准微小的测量误差可能会明显影响航天器的导航精度，这就需要建立磁强计测量基准坐标系与安装平台的结构基准坐标系之间的转换关系。对于磁传感器测量基准与结构基准之间的误差，常见的结构标定方法有机械标定校正法、数字标定校正法。

机械标定校正方法常见的有两种：

第一种需要磁传感器自身具备结构微调校正装置。此方案使得磁传感器自身结构变大，降低了自身结构强度，但是校正精度较低，对环境引入的振动、温度、运动等因素引起的偏差无法进行修正，不适合在高精度校正要求的条件中使用。

第二种需要外部专门的结构标定校正工具。此方案的校正精度依赖于标准件的加工精度和操作者的经验。该方法同样校正精度较低，对环境引入的振动、温度、运动等因素引起的偏差无法进行修正，校正结果一致性差，且只能单次校正。因此也不适合在高精度校正要求的条件下使用。

现有数字标定方法由于不直接利用外部实体结构进行标定校正，故此校正精度较高。用于磁传感器的现有校正方法中，包含了：温度校正、零偏校正、三轴正交度校正。也就是利用数字系统修正了三轴磁传感器各个单一轴向的功能特性偏差和三轴的指向偏差。

对于实际使用中的三轴磁传感器，由于其在磁场测量时所参照的测量基准坐标系，与用户所参照使用的结构基准坐标系存在小角度偏差(也即，三轴磁传感器所输出的磁场矢量数据，与磁传感器提供的结构基准有小角度偏差)。传统方法仅依靠磁传感器自身结构精度和加工精度来保证，对于该偏差未做修正或标定。故此，对高精度的磁传感器而言，对其测量基准与结构基准之间的误差进行标定和校正十分有必要。

对于已经完成三轴正交度标定的三轴磁传感器，设该三轴磁传感器在其测量坐标系下输出为而该三轴磁传感器在其结构坐标系下的理论输出为该三轴磁传感器测量输出S^测、理论输出S^标的关系式：

S^测＝R·S^标...................................(1-1)

即有：S^标＝R^-1·S^测..(1-2)

其中，R为测量基准与结构基准的误差校正系数矩阵，R^-1为该误差校正矩阵R的逆矩阵。将R^-1记为A，则有：

S^标＝A·S^测.......................................(1-3)

式中，测量基准与结构基准的误差校正矩阵A＝[E_x E_y E_z]。

在工程技术中，表示刚体的坐标系之间的旋转关系时，常利用“欧拉角参数式”、“欧拉轴角参数式”两种方式来直观表示。