航空频率域电磁法中姿态旋转不变量的姿态校正算法

基于磁偶极子的航空频率域电磁法仪器在飞行探测的过程中,由于吊舱姿态角的变化,使得收发线圈与大地之间的耦合发生变化,从而产生姿态误差。根据误差来源的不同,可以将姿态误差分为方向误差与位置误差两种。为了消除姿态误差的影响,基于层状大地模型,首先推导得到三轴发射、三轴接收线圈架构下的电磁张量姿态旋转不变量,再基于重叠偶极子模型,推导得到吊舱翻滚角及俯仰角的余弦值,进而实现不变量位置误差的校正。与传统的姿态校正算法相比,不变量的姿态误差校正算法无需测量吊舱的姿态角信息。由仿真结果可知,不变量的姿态校正算法可以实现传统姿态校正算法在3种常用线圈架构中的校正效果;在常见的H型与K型三层大地模型下,校正后不变量的相对误差小于0.1%,从而验证了不变量姿态校正算法的可行性。

电磁张量姿态旋转不变量研究

首先研究了传统基于重叠偶极子模型的几何误差校正方法,该方法需要姿态角测量装置测得仪器的姿态角信息,且具有无法消除姿态角测量装置的安装角度误差、探测区域地形的起伏倾角误差以及感应误差的不足;基于类似的公式推导以及姿态角旋转矩阵中各分量间的等式关系,推导出在层状大地模型下的电磁张量姿态旋转不变量。由模型仿真结果可知,在一个测量周期内,当系统姿态角恒定不变时,垂直共轴、垂直共面以及水平共面三种常用线圈架构由姿态角引起的总误差,分别可以达到12%,11.5%,-11.5%,而不变量的总误差恒为零;当系统姿态角变化率恒定不变时,不变量的总误差随着初始姿态角以及姿态角变化量的增大而增大,且可以忽略发射频率以及大地电导率的影响。若选取的测量周期足够短,此时姿态角变化量足够小,则可以忽略不变量的总误差,从而不再需要测量系统的姿态角信息。已知RESOLVE系统在30 ms的测量周期内翻滚角及俯仰角的初始姿态角均为27°,姿态角变化量均为0.45°,得到不变量在H型层状大地下的总误差仅为-0.21%,验证了不变量的可行性。