面向机载地磁测量的磁干扰补偿技术研究

• 作 者: 王一凡
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 地磁测量 机载 补偿 嵌入式 卡尔曼滤波

地磁场是地球的基本物理场，地球近地空间内任意一点都具有磁场强度，其强度与方向会随着不同的经纬度和高度而不同，包含丰富的信息。此外，地磁场具备无源、无辐射、全天时、精度适中、全地域、能耗低等优良特征。随着理论的不断完善以及敏感器、微处理器和应用算法的日趋成熟，地磁场在磁罗盘、全球定位以及地质灾害预报得到了广泛应用。航测是获取地磁场数据的有效手段，为了实现高精度的地磁测量，必须克服机载环境下磁测量受到的干扰。由于实际的航测平台存在成本高、操作难度大等问题，本文使用航模直流电机研究磁干扰补偿技术，研究的干扰源主要包括传感器固有误差，载体产生的铁磁干扰，电动机产生的等效电流动态磁偏置，以及电动机产生的的高频交变动态磁干扰。通常情况下，地磁值在一定区域内的变化非常微弱，但在机载条件下，由于受到上述干扰的影响，测量信号出现大幅波动。因此，必须对磁干扰进行有效补偿。本文对机载地磁测量中的背景干扰进行了详细分析，针对不同干扰提出补偿方案。利用多姿态条件下获取的地磁测量数据，通过九参数误差模型解算环境磁干扰参数，实现传感器固有误差与铁磁干扰的综合补偿；针对匀速运动的情况，提出等效电流补偿方法，用于消除电机运转产生的磁偏置；引入卡尔曼数字滤波，通过Matlab仿真得到合适的滤波参数，消除电机运转产生的高频动态磁干扰。根据上述方法及模型，编写了基于ARM7的嵌入式程序，并针对工作环境的需求，从硬件电路和软件流程作相应的优化。系统中设计有干扰补偿算法程序的接口，方便验证和更改。利用自行设计的机载地磁测量装置，对本文提出的补偿技术进行了实验验证。实验结果表明，上述方法能在模拟测试条件下得出实时的、准确的地磁值，减小了电机的磁场干扰，具有实用价值。