基于异常环的航空电磁系统飞行参数校正方法研究

【摘要】：固定翼航空系统飞行探测过程中,当飞行器受到的风向、风速、气流等外界干扰较小,飞行速度一致,按照设计测线飞行时,称为平稳飞行状态。但在实际飞行过程中飞行器大多处于非平稳飞行状态,与平稳时相比接收线圈的位置和姿态都会发生变化。位置参数和姿态参数统称为航空电磁系统的飞行参数。飞行参数的改变会使采集到二次场电磁响应发生变化,常规按照平稳状态的理想飞行参数对实测的电磁响应进行数据处理与解释,会引起较大的误差。针对上述问题,通过适当的方法由实测电磁响应获取飞行探测过程中的飞行参数,进而确定固定翼航空电磁系统的飞行误差和测量误差,校正飞行参数的测量值,对于提高系统探测精度和数据解释精度具有重要的意义。本文提出了基于异常环的固定翼航空电磁系统飞行参数校正方法,主要研究内容如下:1)在固定翼时域航空电磁法原理的基础上,推导了任意位置、任意姿态的空中接收线圈与地面异常环间互感计算公式,进而推导出基于异常环的三分量电磁响应计算公式;2)采用异常环模型对飞行参数与电磁响应的关系进行研究,从单一位置参数变化、单一姿态参数变化和飞行参数组合变化三个方面分别分析了飞行参数对电磁响应的影响,为求解飞行参数提供理论依据;3)电磁响应的计算公式是关于飞行参数的多元函数,皆为非线性形式,不易直接求解。借鉴地球物理中的反演思想,结合鱼群算法在优化问题中的应用,将求解实际飞行参数的问题转化最小值优化问题,根据校正飞行参数的不同,构造了相应的优化目标函数进行求解,并验证了算法的有效性。利用含噪的理论数据验证了算法的抗扰性,加噪后求解飞行参数的相对误差小于5%;4)为了检验飞行参数校正算法的实际效果,选取湖南岳阳固定翼航空电磁系统异常环实验数据进行飞行参数校正,校正后电磁响应的相对误差小于5%。野外应用前,研究了实测数据的预处理方法,包括叠加取样、信噪比质量评价、时间常数校正等;5)为了便于进行理论计算与数据处理,采用MATLAB GUI设计了异常环电磁响应数值计算模块、实测数据预处理模块、飞行参数校正模块等,并将各模块整合为一套软件。