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Powered by近些年,地磁导航一直是载体导航方式的研究热点。三轴磁强计作为地磁导航中重要的姿态估计传感器,其测量精度直接影响导航的精度,所以它的校正研究越来越为学者所重视。如何简单、精确的实现其仪表误差和罗差的校正,以及如何实现捷联式三轴磁强计的综合校正,是当前三轴磁强计校正这一研究领域的重要技术难点和热点。本文针对上述问题展开了研究,内容主要包括以下几个方面。首先,研究了三轴磁强计仪表误差的校正。三轴磁强计的仪表误差主要包括:零偏误差、标度系数误差和三轴垂直度误差。通过对上述三种误差性质的分析,建立三轴磁强计的仪表误差校正模型。采用模值校正方法,将关于磁场矢量的模型改写成为关于其模值的模型,通过参数变换得到误差参数的线性方程组,并给出校正实现方案。然后用递推最小二乘算法辨识方程组的参数,并与线性神经网络辨识算法进行了比较,仿真结果表明在校正精度和收敛性方面前者明显优于后者。其次,研究了三轴磁强计罗差的校正。三轴磁强计的罗差主要包括硬铁误差、软铁误差和对准误差。通过对三种误差的来源和性质进行细致的分析,建立三轴磁强计罗差的校正模型。采用模值校正方法,通过参数变换得到罗差参数的线性方程组,并给出校正实现方案。分别应用递推最小二乘算法和线性神经网络算法对模型参数进行辨识,仿真结果表明前者校正精度和收敛速度方面都优于后者。然而对准误差不影响磁强计输出的模值,模值校正模型不能校正磁强计的对准误差,为此本文采用垂直Procrustes问题方法校正对准误差,得到对准误差参数的最小二乘估计。最后,研究了捷联式三轴磁强计的综合校正。结合仪表误差和罗差的分析,建立了磁强计误差的综合校正模型。将校正分为两种情况,当垂直度误差可以忽略时,应用线性化模值校正方法实现磁强计的校正。而当垂直度误差不可以忽略时,对模型参数矩阵进行奇异值分解,证明了磁强计的输出在笛卡尔坐标系中的坐标在椭球面上,并给出平移误差参数的近似求法。然后应用模值较正方法,将原误差模型变换成为模值误差方程,通过参数替换得到关于代换参数的线性方程组,运用递推最小二乘算法估计代换参数。最后将代换参数矩阵进行Cholesky分解,得到原模型中的误差参数矩阵,进而得到校正后磁强计的读数。
Three-axial magnetometers is the most important pose estimation sensor in the area of geomagnetic navigation, and the accuracy of it influents the navigation directly. As geomagnetic navigation has become the hotspot of the research, scholars are paying more attention on the study of three-axial magnetometers correction. How to achieve the instrument error and the correction of magnetic deviation simply and accurately and how to realize the correction of strapdown three-axial magnetometers are the significant problems and hotspot in this domain at present. In the view of those problems mentioned above, the following aspects will be studied in this paper.Firstly, instrument error calibration of three-axial magnetometers is investigated. Three-axial magnetometers instrument errors include bias error, scale factor error and orthogonal error. A three-axial magnetometers instrument error correction model is established by analyzing the nature of it. In this paper, modulus correction method is used to transform the vector model to modulus model in order to obtain the linear equations of the parameters through the parameter transformation. Then, recursive least squares algorithm (RLS) is proposed in this paper to identify the parameters of the equations. Furthermore, the comparison of calibration results between RLS and neural networks (NN) algorithm is made. Simulation results show that the former are obviously superior to the latter on the convergence and the accuracy of calibration.Secondly, compass deviation correction of three-axial magnetometers is discussed. The compass deviation is composed of hard iron error, soft iron error and alignment error in this thesis. Detailed analysis has been carried out on the source and nature of the three errors and the compass deviation calibration model has been set up. Modulus correction method is also applied to obtain the linear equations of the compass deviation calibration parameters. The model parameters with RLS algorithm and Neural Networks algorithm are identified, respectively. Compared with the RLS algorithm, NN algorithm is worse on the accuracy. However, since the alignment error has nothing to do with the modulus, it can not be corrected in the modulus model. For this purpose, using Vertical Procrustes Problem to achieve alignment error correction is proposed in this paper.Finally, integrate error of srapdown three-axial magnetometers is deliberated. With the analysis of errors of three-axial magnetometers above, an error correction model is established. Correction problem can be divided into two cases. In the first condition, while the orthogonal error can be neglected, the calibration of three-axis magnetometer can be obtained by the algorithm what has been discussed in section 2 and 3. Otherwise, the singular value decomposition is used to decompose the parameters matrix. It is proved that the readings of magnetometer are on an ellipsoid when they lie in Cartesian coordinates. And the solution of the translation error is put forward. Then, the modulus correction model is presented in order to obtain the linear equations of substitution parameters with the parameters substitution and the substitution parameters are estimated by RLS. Finally, the error parameters matrix is calculated by the Cholesky decomposition of substitution parameters matrix, and the corrected readings of magnetometer can be obtained.
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作者：孟健&&年度：2011
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作者：刘诗斌&&年度：2001交流梯度磁强计（AGM）
普林斯顿公司型号为2900系列AGM是一款很有力的磁性测量工具，可以测试很多类型的材料，极高的灵敏度（10n emu rms）和快速的测量（10ms每个点）,加上紧凑的设计和简易操作，使AGM作为磁性性能基本研究的工具，并且能很好的应用于生产和质量控制方面。
MicroMagTM 可以测验各种类型的样品（样品最大尺寸5&5&2mm:200mg）: 固体，薄膜，粉末，液体，甚至浆状物体。应用材料包括磁记录介质， MRAM，自旋阀，GMR，非晶合金，稀土化合物，高温超导材料弱磁铁流体，生物标本，色粉材料，磁光器件，古地磁材料，弱抗磁性和顺磁性材料。
系统包括电脑和操作软件，有2英寸或4英寸的电磁铁可供选择，他们分别带有不同的快速的四相限电源供电，所有都电脑控制。系统有低温的液氦恒温器选件可供选择来做低温研究。
量程：1&emu 到 5 emu
分辨率：全量程的0.005% （60%超量程范围）
超高的灵敏度（平均时间1秒时10 nemu 标准偏差）
准确性：2% vs 标准样品校准过（SRM-2853）YIG球体追溯NIST标准
硬件和软件兼容3900VSM系统
高速的四相磁体电源
提供低温选件
最大样品尺寸：X轴，样品最大尺寸5&5&2mm, &200mg
初始磁化曲线
剩磁曲线（DCD)
FORCs(classic)和FORCs(extended range)
磁化数据的时间函数
磁矩和角度的曲线
低温装置：液氦 10K到473K
磁场装置：2英寸电磁铁和4英寸电磁铁
2900系列AGM技术参数
1&emu&到&5&emu&全量程
全量程的0.005%&（60%超量程范围）
2%&vs&标准样品校准过（SRM-2853）YIG球体追溯NIST标准
10&nemu&标准偏差（室温操作，平均时间为1s）
X轴线圈（0.5 英寸的间距），15Oe/mm,1.5 Oe/mm,150m Oe/mm(典型的，超出三个范围)
Z轴线圈（0.5 英寸的间距），20 Oe/mm,，4Oe/mm,，400m Oe/mm, 40m Oe/mm(典型的，超出四个范围)
Z轴线圈 （0.75 英寸的间距），8 Oe/mm, 1.6 Oe/mm，160m Oe/mm，16m Oe/mm (典型的，超出四个范围)
比较有代表性在1nm到10um的范围内
低温变温选件
开循环，使用液氦
液氦&10K到473K
温度准确性
设定温度的&1%
样品冷却时间
2分（低温恒温器中）
低温恒温器内 部尺寸
6mm（样品空间）
低温恒温器外部尺寸
11mm（磁体间隔20mm）
镍铬合金vs金0.07原子%铁，安装在样品下大约10mm处
标准偏差/每秒的平均时间 10K到50K：&5&emu 51K到100K：&1&emu 101K到473K：&50nemu
温度转换速率
大约5分钟全程
磁场测量和控制
30Oe，100Oe，300Oe，1kOe 3kOe，10kOe，和30kOe全量程
0.005%在量程内，60%在量程外
5mOe rms （100ms平均时间）
全量程的0.01%，读数的&0.02%/&C
2-英寸电磁铁最大磁场
14kOe@12mm间距，没有变温选件； 10kOe@20mm间距，有变温选件
4-英寸电磁铁最大磁场
间距，没有变温选件； 18kOe@20mm间距，有变温选件
传感器探针
P1常规用途
X轴，样品最大尺寸4&4&1mm,&&50mg
X轴，样品最大尺寸5&5&1mm，&100mg
X轴，样品最大尺寸5&5&2mm,&&200mg
样品最大尺寸4&4&1mm，&100mg
2900系列AGM基本系统配置
控制器带内置高斯计
双极磁体电源
电磁铁电源（2英寸电磁铁）
电磁铁电源（4-英寸电磁铁）
14cm长，48cm宽，48cm高
14cm长，48cm宽，53cm高（有手柄的腔体）40cm长，56cm宽，51cm（带小轮的移动腔体
11.4kg（25lbs）
有手柄的腔体11.4kg（25lb）；带小轮的移动腔体90kg
381三相电，50/60Hz,&3kVA
381三相电，50/60Hz,&6kVA
&125Vde@&18A
&140Vde@&32A
双极，宽频转换模式
双极，宽频转换模式
反馈磁场控制
反馈磁场控制
磁体的超电流和超高温保护
磁体的超电流和超高温保护
2-英寸电磁铁
4-英寸电磁铁
50kg（100lbs）
261kg（575lbs）
61cm&（24英寸），包括调节磁铁间距的曲柄
94cm&（37英寸），包括调节磁铁间距的曲柄
41cm（16英寸）
61cm（24英寸）
53cm（21英寸），包括探针移动平台
165cm（65英寸），包括探针移动平台
4.0欧姆（低温
2.4欧姆（低温）
可调，1.0-7.6cm&（0.4-3英寸）
可调，1.0-8.9cm&（0.4-3英寸）
5.1cm（2英寸）直径
10.2cm（4英寸）直径
3.8cm（1.5英寸）直径
5.1cm（2英寸）直径
间距，没有变温选件
间距，有变温选件
22kOe@12mm间距，没有变温选件
间距，有变温选件
高斯计探头
AGM采样线圈
测试电缆一套
计算机带测试软件和PCI卡
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