自适应航磁补偿系统关键技术研究

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航磁补偿是一种利用部署在航空平台上的磁力仪对地磁场进行测量并期望从磁力仪的输出信号中将航空平台磁干扰去除的技术,而传统的航磁补偿方法主要是以T-L模型为基础的。T-L模型将航空平台的磁干扰分为永恒场,感应场,涡流场三类,并利用机载电子设备所采集到的数据建立超定线性方程组,进而求出校准系数,再利用所求得的校准系数完成航磁补偿。传统的航磁补偿方法在一些方面具有局限性。首先,它不能充分地利用已有的系数资源,这体现在每一次的飞行试验都会求解出很多组校准系数,而每一次补偿只使用其中的一组。其次,T-L模型并不完备,它具有多重共线性,同样的一组系数在不同的航向上的补偿效果往往相差很多,所以会导致无法进一步地优化补偿结果。最后,现阶段所需要的是高精度的航磁补偿,但是在这种要求下,以前可以忽略的较小的数量级现在不可以忽略了。同时,对于航磁补偿系统来说,内部不再是线性时不变,外部也不再是均匀的磁场。并且现在所要求的高精度,用过去的传统的非自适应的补偿方法无法做到。对于以上所提出的问题,本文将重点介绍多组系数自适应补偿方法,以及针对此方法所提出的优化算法,最后针对飞机转弯处补偿滤波后剩余磁干扰的振荡幅度过大的问题提出了改善方法。本文的主要工作内容如下:第一,提出了基于滑动窗口的多组系数组的自适应补偿方法,此方法利用一个定长的滑动窗口,结合充足的系数资源,以滑动窗口为单位选择最优的补偿结果,从而对补偿效果进行进一步地提升。然后设计实验进行传统补偿方法与此方法的比较,实测数据验证了该方法的有效性。第二,为了解决多系数组自适应补偿方法所带来的数据突跳问题,提出了数据突跳识别算法,实现了智能地识别数据发生跳变的位置,避免了人工判断。此外,又提出了数据突跳平滑算法,将发生突跳的位置进行平滑处理。从而在一定程度上避免了由于数据突跳而引发的后续目标检测的问题,并且进一步地优化了航磁补偿系统。第三,针对由于飞机转弯处经补偿滤波后的剩余磁干扰值振荡过大而引起的对感兴趣目标检测的干扰问题,提出了自适应滤波器的设计方法。以飞机转弯之前的平飞段的数据为参考,将飞机转弯处的剩余磁干扰的振荡幅度改善至与平飞段相似的水平,然后设计仿真实验验证了方法的有效性。
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