一種空地一體的地磁場(chǎng)聯(lián)合觀測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種空地一體的地磁場(chǎng)聯(lián)合觀測(cè)方法及系統(tǒng)，所述方法包括：在地磁場(chǎng)測(cè)量任務(wù)開(kāi)展前，利用移動(dòng)地面站采集的地磁場(chǎng)信息，確定局部地磁場(chǎng)模型的模型參數(shù)；在執(zhí)行地磁場(chǎng)測(cè)量任務(wù)時(shí)，利用機(jī)載部分在飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息和所述模型參數(shù)，得到沿飛行航路上的動(dòng)態(tài)模型；利用機(jī)載部分獲取的載機(jī)按預(yù)定姿態(tài)飛行時(shí)的姿態(tài)測(cè)量誤差，得到沿飛行航路上的測(cè)量誤差模型；利用所述動(dòng)態(tài)模型和所述測(cè)量誤差模型，得到飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息在地理坐標(biāo)系中的估計(jì)。本發(fā)明能夠提高在地理坐標(biāo)系中表示的地磁場(chǎng)向量的測(cè)量精度，并能夠進(jìn)行地磁場(chǎng)異常檢測(cè)。
【專利說(shuō)明】一種空地一體的地磁場(chǎng)聯(lián)合觀測(cè)方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)，特別涉及一種空地一體的地磁場(chǎng)聯(lián)合觀測(cè)方法及相 關(guān)的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 地震、海嘯、泥石流和火山噴發(fā)對(duì)人類造成巨大威脅，據(jù)報(bào)導(dǎo)孕震期間，本地地磁 場(chǎng)合平靜太陽(yáng)日日變化會(huì)偏離正常值，這要求對(duì)地磁場(chǎng)連續(xù)的監(jiān)測(cè)，通過(guò)分布式網(wǎng)絡(luò)，由不 同平臺(tái)組成，磁場(chǎng)向量的獲得，在機(jī)載平臺(tái)上，需要在統(tǒng)一的地理坐標(biāo)系中表示，然而，姿態(tài) 測(cè)量包含噪聲，考慮到外圍地磁場(chǎng)數(shù)值范圍大，從兩極的60000nT到赤道的20000nT。從機(jī) 體坐標(biāo)系到地理坐標(biāo)系的變換會(huì)引入不可忽略的誤差，這會(huì)導(dǎo)致測(cè)量異常失敗。
[0003] 幾十年來(lái)，航空地磁測(cè)量已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域如探礦、油氣和地?zé)峥碧?，?反潛作戰(zhàn)中的潛艇探測(cè)，所有這些都是以平臺(tái)為中心的探測(cè)，然而只有磁異探測(cè)要求是網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)探測(cè)。大部分航空磁測(cè)只要求磁場(chǎng)總場(chǎng)測(cè)量，然而，對(duì)于地震監(jiān)測(cè)用于的地磁場(chǎng)監(jiān)測(cè) 是不夠的。
[0004] 下面相關(guān)資料致力于航空地磁觀測(cè)和地磁數(shù)據(jù)處理。
[0005] 1、Moll等獲得的No. 535, 5313美國(guó)專利，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算basement rock的深 度。
[0006] 2、Moll等獲得的No. 588,4256美國(guó)專利，闡述了一個(gè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，它使用神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)來(lái)計(jì)算basement rock的深度。以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方法和工作過(guò)程。以上兩個(gè)專利 都沒(méi)有對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量和磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換進(jìn)行論述。
[0007] 3、Shiells等獲得的No. 6, 021，577美國(guó)專利，闡述了如何測(cè)量礦井的方位，它通 過(guò)一個(gè)基站和移動(dòng)站來(lái)測(cè)量，基站和移動(dòng)站都由兩到三個(gè)相互垂直的磁通門磁強(qiáng)計(jì)構(gòu)成。
[0008] 4、www. Picoenvirotec. com 網(wǎng)站中題名為 IMPAC Integrated Multi-Parameter Airborne Console的文章，闡述了一個(gè)機(jī)載地磁觀測(cè)系統(tǒng)，它裝備有4個(gè)銫光泵磁強(qiáng)計(jì)和一 個(gè)三軸磁通門磁強(qiáng)計(jì)，用于提供載機(jī)姿態(tài)和載機(jī)磁環(huán)境補(bǔ)償模型，然而它--：涉及三軸磁 通門的輸出量測(cè)值如何轉(zhuǎn)換到地理坐標(biāo)系中。
[0009] 載機(jī)電磁環(huán)境和太陽(yáng)輻射引起的磁場(chǎng)日變化，是兩個(gè)影響載機(jī)進(jìn)行精確地磁測(cè)量 的重要因素，需要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，本發(fā)明中假設(shè)載機(jī)磁環(huán)境和太陽(yáng)日變化已被補(bǔ)償，因此只 需關(guān)注于減少不精確姿態(tài)測(cè)量誤差引起的磁場(chǎng)測(cè)量誤差，而安裝誤差和設(shè)備誤差等系統(tǒng)誤 差假設(shè)已被校正。
[0010] 為了減少坐標(biāo)轉(zhuǎn)換帶來(lái)的磁場(chǎng)誤差，一種方法是采用三個(gè)以上天線非共線安裝的 雙頻GPS接收機(jī)來(lái)提高姿態(tài)測(cè)量精度，此種方法保證關(guān)聯(lián)在天線上的測(cè)量基線長(zhǎng)度滿足測(cè) 量精度要求。
[0011] 引用的參考文獻(xiàn)如下：
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明的目的在于提供一種空地一體的地磁場(chǎng)聯(lián)合觀測(cè)方法及系統(tǒng)，能更好地解 決地磁場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)精度不高的問(wèn)題。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種空地一體的地磁場(chǎng)聯(lián)合觀測(cè)方法，包括：
[0021] 在地磁場(chǎng)測(cè)量任務(wù)開(kāi)展前，利用移動(dòng)地面站米集的地磁場(chǎng)信息，確定局部地磁場(chǎng) 模型的模型參數(shù)；
[0022] 在執(zhí)行地磁場(chǎng)測(cè)量任務(wù)時(shí)，利用機(jī)載部分在飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息和所述 模型參數(shù)，得到沿飛行航路上的動(dòng)態(tài)模型；
[0023] 利用機(jī)載部分獲取的載機(jī)按預(yù)定姿態(tài)飛行時(shí)的姿態(tài)測(cè)量誤差，得到沿飛行航路上 的測(cè)量誤差模型；
[0024] 利用所述動(dòng)態(tài)模型和所述測(cè)量誤差模型，得到飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息在地 理坐標(biāo)系中的估計(jì)。
[0025] 優(yōu)選地，在待測(cè)區(qū)域內(nèi)選取若干個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，利用移動(dòng)地面站采集所述若干個(gè)觀測(cè) 點(diǎn)的地磁場(chǎng)信息，并利用所述若干個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的地磁場(chǎng)信息，估計(jì)所述待測(cè)區(qū)域內(nèi)的局部地 磁場(chǎng)模型的模型參數(shù)，其中，所述地磁場(chǎng)信息包括地磁場(chǎng)總量和向量，所述模型參數(shù)包括所 述局部地磁場(chǎng)模型的直流分量和多個(gè)諧波分量的系數(shù)。
[0026] 優(yōu)選地，所述若干個(gè)觀測(cè)點(diǎn)均勻分布在一條基線上，所述基線是一條原點(diǎn)在參考 點(diǎn)Xd，且與磁北方向重合的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的直線。
[0027] 優(yōu)選地，利用所述局部地磁場(chǎng)模型的模型參數(shù)，對(duì)所述機(jī)載部分在飛行航路上采 集的地磁場(chǎng)信息進(jìn)行分解，得到各個(gè)方向的直流分量和諧波分量，并將各個(gè)方向上的諧波 分量進(jìn)行離散化處理，得到所述飛行航路上的動(dòng)態(tài)模型。
[0028] 優(yōu)選地，機(jī)載部分通過(guò)其定姿定位系統(tǒng)獲取姿態(tài)測(cè)量誤差。
[0029] 優(yōu)選地，利用所述動(dòng)態(tài)模型和所述測(cè)量誤差模型，得到在地理坐標(biāo)系中的卡爾曼 濾波器，并通過(guò)所述卡爾曼濾波器，得到飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息在地理坐標(biāo)系中的 估計(jì)。
[0030] 優(yōu)選地，還包括：利用所述卡爾曼濾波器內(nèi)的數(shù)據(jù)流，檢測(cè)地磁場(chǎng)是否發(fā)生異常。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種空地一體的地磁場(chǎng)聯(lián)合觀測(cè)系統(tǒng)，包括：
[0032] 移動(dòng)地面站，用于在地磁場(chǎng)測(cè)量任務(wù)開(kāi)展前，利用移動(dòng)地面站采集的地磁場(chǎng)信息， 確定局部地磁場(chǎng)模型的模型參數(shù)；
[0033] 機(jī)載部分，用于在執(zhí)行地磁場(chǎng)測(cè)量任務(wù)時(shí)，利用在飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息 和所述模型參數(shù)，得到沿飛行航路上的動(dòng)態(tài)模型，利用獲取的載機(jī)按預(yù)定姿態(tài)飛行時(shí)的姿 態(tài)測(cè)量誤差，得到沿飛行航路上的測(cè)量誤差模型，并利用所述動(dòng)態(tài)模型和所述測(cè)量誤差模 型，得到飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息在地理坐標(biāo)系中的估計(jì)。
[0034] 優(yōu)選地，所述機(jī)載部分利用所述動(dòng)態(tài)模型和所述測(cè)量誤差模型，得到在地理坐標(biāo) 系中的卡爾曼濾波器，并通過(guò)所述卡爾曼濾波器，得到飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息在地 理坐標(biāo)系中的估計(jì)。
[0035] 優(yōu)選地，還包括：
[0036] 磁異常檢測(cè)器，用于利用所述卡爾曼濾波器內(nèi)的數(shù)據(jù)流，檢測(cè)地磁場(chǎng)是否發(fā)生異 堂 巾。
[0037] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果在于：
[0038] 本發(fā)明結(jié)合地球物理學(xué)、航電集成技術(shù)、磁傳感器技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)字 信號(hào)處理技術(shù)等，能夠直接面向空天地一體化觀測(cè)體系中的航空平臺(tái)地磁場(chǎng)測(cè)量，這些量 測(cè)數(shù)據(jù)精度高，可供地震預(yù)報(bào)和礦藏勘探分析。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0039] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的空地一體的地磁場(chǎng)聯(lián)合觀測(cè)方法原理框圖；
[0040] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)載部分組成框圖；
[0041] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的移動(dòng)地面站組成框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0042] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，以下所說(shuō)明的優(yōu) 選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0043] 本發(fā)明提供了一種空地一體的地磁場(chǎng)聯(lián)合觀測(cè)系統(tǒng)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法。
[0044] (1)所提出的空地一體的地磁場(chǎng)聯(lián)合觀測(cè)系統(tǒng)分為移動(dòng)地面站（即移動(dòng)地面基 站）和機(jī)載部分（即載機(jī)觀測(cè)控制臺(tái)或載機(jī)觀測(cè)臺(tái)）兩部分。其中，所述移動(dòng)地面站在地磁 場(chǎng)測(cè)量任務(wù)開(kāi)展前，利用移動(dòng)地面站采集的地磁場(chǎng)信息，確定局部地磁場(chǎng)模型的模型參數(shù)； 所述機(jī)載部分用于在執(zhí)行地磁場(chǎng)測(cè)量任務(wù)時(shí)，利用在飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息和所述 模型參數(shù)，得到沿飛行航路上的動(dòng)態(tài)模型，利用獲取的載機(jī)按預(yù)定姿態(tài)飛行時(shí)的姿態(tài)測(cè)量 誤差，得到沿飛行航路上的測(cè)量誤差模型，并利用所述動(dòng)態(tài)模型和所述測(cè)量誤差模型，得到 飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息在地理坐標(biāo)系中的估計(jì)，具體地說(shuō)，所述機(jī)載部分利用所述 動(dòng)態(tài)模型和所述測(cè)量誤差模型，得到在地理坐標(biāo)系中的卡爾曼濾波器，并通過(guò)所述卡爾曼 濾波器，得到飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息在地理坐標(biāo)系中的估計(jì)。進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還 包括磁異常檢測(cè)器，其利用所述卡爾曼濾波器內(nèi)的數(shù)據(jù)流，檢測(cè)地磁場(chǎng)是否發(fā)生異常，所述 磁異常檢測(cè)器可以設(shè)置在移動(dòng)地面站中，也可以設(shè)置在機(jī)載部分。
[0045] 所述載機(jī)觀測(cè)臺(tái)包括一臺(tái)銫光泵磁強(qiáng)計(jì)、一臺(tái)三軸磁通門磁強(qiáng)計(jì)、一套機(jī)載定姿 定位子系統(tǒng)（P0S)和一個(gè)綜合任務(wù)處理單元。銫光泵磁強(qiáng)計(jì)用于測(cè)量地磁場(chǎng)總場(chǎng)值，三軸 磁通門磁強(qiáng)計(jì)用于在機(jī)體坐標(biāo)系統(tǒng)中測(cè)量地磁場(chǎng)三分量，它們均安裝在無(wú)磁尾桿中。機(jī)載 觀測(cè)臺(tái)用于在飛行航線上采集地磁場(chǎng)向量和總量測(cè)量數(shù)據(jù)，采用（4)和（6)給出的模型和 算法給出地磁場(chǎng)向量在地理坐標(biāo)系中的估計(jì)，同時(shí)利用該算法獲得的新息，檢測(cè)可能出現(xiàn) 的地磁異常。
[0046] 所述地面基站，是可移動(dòng)的，用于模型建模的數(shù)據(jù)處理單元和飛行后數(shù)據(jù)處理，一 般安置置放于任務(wù)區(qū)域的中心。在單軸無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝有跟機(jī)載觀測(cè)控制臺(tái)同樣的磁傳感 器，用于飛行前數(shù)據(jù)采樣，建立本地地磁場(chǎng)模型，采用（2)和（6)給出模型和算法，識(shí)別出模 型的參數(shù)。
[0047] (2)用具有直流分量的擬ARMA過(guò)程來(lái)描述文獻(xiàn)[2]提出的局部地磁場(chǎng)模型，并能 夠辨識(shí)局部地磁場(chǎng)模型參數(shù)，即在地磁場(chǎng)測(cè)量任務(wù)展開(kāi)前，利用地面站測(cè)量到的磁場(chǎng)數(shù)據(jù) 進(jìn)行模型參數(shù)辨識(shí)。
[0048] (3)飛行器根據(jù)事先設(shè)定的直線航路飛行并采集航路點(diǎn)上的地磁場(chǎng)向量和總量。 機(jī)載觀測(cè)控制臺(tái)上的綜合任務(wù)處理單元4對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。
[0049] (4)利用⑵得到的局部地磁場(chǎng)模型的參數(shù)，將機(jī)載傳感器得到測(cè)量分解為直流 分量和諧波分量，將各個(gè)方向上的諧波分量用狀態(tài)方程表示，離散化后，提出飛行路線上一 個(gè)遞推形式的局部地磁場(chǎng)動(dòng)態(tài)模型，它用于估計(jì)器設(shè)計(jì)。假設(shè)載機(jī)在水平面以固定速度沿 著給定的航向運(yùn)動(dòng)，考慮姿態(tài)傳感器測(cè)量誤差后，給出了在上述傳感器配置下測(cè)量誤差模 型（即觀測(cè)模型）。
[0050] (5)為了平滑姿態(tài)傳感器的噪聲，考慮到姿態(tài)輸出的數(shù)據(jù)率遠(yuǎn)高于磁傳感器的數(shù) 據(jù)率，還可以給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的α-姿態(tài)濾波器（式（17))，用于改善姿態(tài)測(cè)量精度。
[0051] (6)設(shè)計(jì)了一個(gè)擴(kuò)展卡爾曼濾波器（EKF)，利用⑵識(shí)別出的地磁場(chǎng)模型參數(shù)，（4) 給出的動(dòng)態(tài)地磁模型和觀測(cè)模型，（5)給出的姿態(tài)濾波器的輸出，對(duì)（1)中光泵磁強(qiáng)計(jì)輸出 的測(cè)量點(diǎn)處地磁場(chǎng)總量和磁通門磁強(qiáng)計(jì)輸出的測(cè)量點(diǎn)處地磁場(chǎng)在機(jī)體坐標(biāo)系中的三個(gè)分 量，給出在一個(gè)統(tǒng)一的地理坐標(biāo)系下表達(dá)的地磁場(chǎng)強(qiáng)度向量的估計(jì)。
[0052] (7)確定（6)中濾波器初始條件、系統(tǒng)噪聲協(xié)方差矩陣和測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣。
[0053] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的空地一體的地磁場(chǎng)聯(lián)合觀測(cè)方法原理框圖，如圖1所 示，包括：
[0054] 步驟S101、在地磁場(chǎng)測(cè)量任務(wù)開(kāi)展前，利用移動(dòng)地面站采集的地磁場(chǎng)信息，確定局 部地磁場(chǎng)模型的模型參數(shù)。
[0055] 具體地說(shuō)，在待測(cè)區(qū)域內(nèi)選取若干個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，利用移動(dòng)地面站采集所述若干個(gè)觀 測(cè)點(diǎn)的地磁場(chǎng)信息，并利用所述若干個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的地磁場(chǎng)信息，估計(jì)所述待測(cè)區(qū)域內(nèi)的局部 地磁場(chǎng)模型的模型參數(shù)，其中，所述地磁場(chǎng)信息包括地磁場(chǎng)總量和向量，所述模型參數(shù)包括 所述局部地磁場(chǎng)模型的直流分量（式（2)中的c)和多個(gè)諧波分量的系數(shù)（式（3)中的 ai. .. aK)。其中，所述若干個(gè)觀測(cè)點(diǎn)均勻分布在一條基線上，所述基線是一條原點(diǎn)在參考點(diǎn) Xd，且與磁北方向重合的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的直線。
[0056] 步驟S102、在執(zhí)行地磁場(chǎng)測(cè)量任務(wù)時(shí)，利用機(jī)載部分在飛行航路上采集的地磁場(chǎng) 信息和所述模型參數(shù)，得到沿飛行航路上的動(dòng)態(tài)模型。
[0057] 利用所述局部地磁場(chǎng)模型的模型參數(shù)，對(duì)所述機(jī)載部分在飛行航路上采集的地磁 場(chǎng)信息進(jìn)行分解，得到各個(gè)方向的直流分量和諧波分量，并將各個(gè)方向上的諧波分量進(jìn)行 離散化處理，得到所述飛行航路上的動(dòng)態(tài)模型（式（11))。
[0058] 步驟S103、利用機(jī)載部分獲取的載機(jī)按預(yù)定姿態(tài)飛行時(shí)的姿態(tài)測(cè)量誤差，得到沿 飛行航路上的測(cè)量誤差模型（式（16))。其中，機(jī)載部分通過(guò)其定姿定位系統(tǒng)獲取姿態(tài)測(cè)量 誤差。
[0059] 步驟S104、利用所述動(dòng)態(tài)模型和所述測(cè)量誤差模型，得到飛行航路上采集的地磁 場(chǎng)信息在地理坐標(biāo)系中的估計(jì)（式（18))。
[0060] 具體地說(shuō)，利用所述動(dòng)態(tài)模型和所述測(cè)量誤差模型，得到在地理坐標(biāo)系中的卡爾 曼濾波器，并通過(guò)所述卡爾曼濾波器，得到飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息在地理坐標(biāo)系中 的估計(jì)。
[0061] 進(jìn)一步地，還可以利用所述卡爾曼濾波器內(nèi)的數(shù)據(jù)流:部），檢測(cè)地磁場(chǎng) 是否發(fā)生異常。
[0062] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)載部分組成框圖，如圖2所示，機(jī)載觀測(cè)臺(tái)任務(wù)是， 對(duì)一個(gè)以地面站為中心，約3000kmX 1000km(緯度X經(jīng)度方向）的矩形區(qū)域進(jìn)行地磁場(chǎng)測(cè) 量，由矩形區(qū)域地形決定在300m到1000m之間的安全高度區(qū)域。
[0063] 圖2示意了機(jī)載地磁觀測(cè)臺(tái)的構(gòu)成，三軸磁通門磁強(qiáng)計(jì)1和銫光泵磁強(qiáng)計(jì)2安裝 在無(wú)磁尾桿的末端。為了避免對(duì)飛機(jī)原有空氣動(dòng)力學(xué)性能造成太大影響，它盡可能的長(zhǎng)，同 時(shí)作為桁梁（它的形變程度取決于它的材料）要求在遠(yuǎn)端的形變程度小于載機(jī)的航向和橫 滾測(cè)量誤差。為了減少供電電流感應(yīng)的磁場(chǎng)的干擾，通過(guò)布放在尾桿內(nèi)的雙絞線對(duì)三軸磁 通門磁強(qiáng)計(jì)1和銫光泵磁強(qiáng)計(jì)2使用機(jī)上直流電源供電，并選擇在機(jī)艙合適位置的地板上 進(jìn)行接地，接地電阻小于10 Ω。
[0064] 機(jī)載定姿定位子系統(tǒng)3,是一個(gè)商業(yè)貨架產(chǎn)品，安裝在飛機(jī)的設(shè)備艙內(nèi)，用來(lái)提供 機(jī)體坐標(biāo)系中表示的位置、姿態(tài)；采樣時(shí)間以UTC(universal coordinated time)為標(biāo)準(zhǔn)。
[0065] 一個(gè)機(jī)載綜合任務(wù)處理單元4和監(jiān)視器，安裝在飛機(jī)操作艙內(nèi)，用來(lái)處理、存儲(chǔ)和 顯示采集到的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)和載機(jī)的飛行參數(shù)。機(jī)載綜合任務(wù)處理單元4主要運(yùn)行它設(shè)計(jì)有合 理的人機(jī)界面，可實(shí)時(shí)操作和查看采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)。機(jī)載綜合任務(wù)處理單元4擔(dān)負(fù)的主要 處理任務(wù)包括：1)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出的地磁場(chǎng)估計(jì)（式（11)?式（19))和磁異常檢測(cè)（式 (20)) ;2)載機(jī)磁環(huán)境補(bǔ)償算法；3)地磁日變補(bǔ)償算法。
[0066] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的移動(dòng)地面站組成框圖，如圖3所示，基站和機(jī)載觀測(cè)臺(tái) 的目的在于地磁變化的觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理?；究梢元?dú)立工作對(duì)本地地磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，三軸 磁通門磁強(qiáng)計(jì)5和銫光泵磁強(qiáng)計(jì)6被安裝在一個(gè)無(wú)磁轉(zhuǎn)臺(tái)上，可以手動(dòng)校準(zhǔn)，而且平臺(tái)具有 和P0S-致的測(cè)角精度，同時(shí)一個(gè)差分GPS接收機(jī)（DGPS) 7被安裝在平臺(tái)上，用于測(cè)量基站 的經(jīng)緯度和數(shù)據(jù)采樣時(shí)間。一個(gè)地面數(shù)據(jù)處理單元8,由工控機(jī)和顯示器組成，用于離線數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)、管理和處理功能，例如地磁晝變化監(jiān)控和數(shù)據(jù)濾波，參數(shù)辨識(shí)和局部地磁場(chǎng)模型驗(yàn) 證。
[0067] 一、劃定一個(gè)在郊區(qū)的調(diào)查區(qū)域，通過(guò)下述實(shí)驗(yàn)方法，可建立一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)的局部地 磁場(chǎng)模型，為了避免太陽(yáng)輻射引起的地磁日變，建議在深夜展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。[0068] 1、選擇一條原點(diǎn)在參考點(diǎn)X(l，長(zhǎng)度為L(zhǎng)和磁北方向重合的直線作為基線1，依據(jù) 當(dāng)?shù)氐匦螐?km到數(shù)km。沿著基線用DGPS接收機(jī)選擇間距為Λ 1的偶數(shù)個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，Xl，··· ，xM，Μ彡2。在每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)Xi地磁場(chǎng)被測(cè)量N次（比如N = 100)，其均值作為處理模型的輸 入。

【權(quán)利要求】
1. 一種空地一體的地磁場(chǎng)聯(lián)合觀測(cè)方法，其特征在于，包括： 在地磁場(chǎng)測(cè)量任務(wù)開(kāi)展前，利用移動(dòng)地面站采集的地磁場(chǎng)信息，確定局部地磁場(chǎng)模型 的模型參數(shù)； 在執(zhí)行地磁場(chǎng)測(cè)量任務(wù)時(shí)，利用機(jī)載部分在飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息和所述模型 參數(shù)，得到沿飛行航路上的動(dòng)態(tài)模型； 利用機(jī)載部分獲取的載機(jī)按預(yù)定姿態(tài)飛行時(shí)的姿態(tài)測(cè)量誤差，得到沿飛行航路上的測(cè) 量誤差模型； 利用所述動(dòng)態(tài)模型和所述測(cè)量誤差模型，得到飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息在地理坐 標(biāo)系中的估計(jì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在待測(cè)區(qū)域內(nèi)選取若干個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，利用移 動(dòng)地面站采集所述若干個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的地磁場(chǎng)信息，并利用所述若干個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的地磁場(chǎng)信息， 估計(jì)所述待測(cè)區(qū)域內(nèi)的局部地磁場(chǎng)模型的模型參數(shù)，其中，所述地磁場(chǎng)信息包括地磁場(chǎng)總 量和向量，所述模型參數(shù)包括所述局部地磁場(chǎng)模型的直流分量和多個(gè)諧波分量的系數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述若干個(gè)觀測(cè)點(diǎn)均勻分布在一條基線 上，所述基線是一條原點(diǎn)在參考點(diǎn)且與磁北方向重合的長(zhǎng)度為L(zhǎng)的直線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述局部地磁場(chǎng)模型的模型參數(shù)，對(duì) 所述機(jī)載部分在飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息進(jìn)行分解，得到各個(gè)方向的直流分量和諧波 分量，并將各個(gè)方向上的諧波分量進(jìn)行離散化處理，得到所述飛行航路上的動(dòng)態(tài)模型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，機(jī)載部分通過(guò)其定姿定位系統(tǒng)獲取姿態(tài)測(cè) 量誤差。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述方法，其特征在于，利用所述動(dòng)態(tài)模型和所述測(cè)量 誤差模型，得到在地理坐標(biāo)系中的卡爾曼濾波器，并通過(guò)所述卡爾曼濾波器，得到飛行航路 上采集的地磁場(chǎng)信息在地理坐標(biāo)系中的估計(jì)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，還包括：利用所述卡爾曼濾波器內(nèi)的數(shù)據(jù) 流，檢測(cè)地磁場(chǎng)是否發(fā)生異常。
8. -種空地一體的地磁場(chǎng)聯(lián)合觀測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括： 移動(dòng)地面站，用于在地磁場(chǎng)測(cè)量任務(wù)開(kāi)展前，利用移動(dòng)地面站采集的地磁場(chǎng)信息，確定 局部地磁場(chǎng)模型的模型參數(shù)； 機(jī)載部分，用于在執(zhí)行地磁場(chǎng)測(cè)量任務(wù)時(shí)，利用在飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息和所 述模型參數(shù)，得到沿飛行航路上的動(dòng)態(tài)模型，利用獲取的載機(jī)按預(yù)定姿態(tài)飛行時(shí)的姿態(tài)測(cè) 量誤差，得到沿飛行航路上的測(cè)量誤差模型，并利用所述動(dòng)態(tài)模型和所述測(cè)量誤差模型，得 到飛行航路上采集的地磁場(chǎng)信息在地理坐標(biāo)系中的估計(jì)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)載部分利用所述動(dòng)態(tài)模型和所述 測(cè)量誤差模型，得到在地理坐標(biāo)系中的卡爾曼濾波器，并通過(guò)所述卡爾曼濾波器，得到飛行 航路上采集的地磁場(chǎng)信息在地理坐標(biāo)系中的估計(jì)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括： 磁異常檢測(cè)器，用于利用所述卡爾曼濾波器內(nèi)的數(shù)據(jù)流，檢測(cè)地磁場(chǎng)是否發(fā)生異常。
【文檔編號(hào)】G01V3/40GK104062687SQ201410260329
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】龔誠(chéng), 王金巖, 金曉南, 陳芳, 王淼 申請(qǐng)人:中國(guó)航空無(wú)線電電子研究所