使用量子与经典磁力仪及惯性传感器进行标量与矢量机载平台校准
量子物理
2026-05-07 v1 应用物理
摘要
机载磁测需要严格的校准，以将地磁信号与传感器误差及平台磁场分离开来。这种磁补偿对于地球物理勘探和磁异常导航等应用是必需的。标准方法采用量子标量光泵磁力仪 (Optically Pumped Magnetometer, OPM) 和用于提供姿态信息的较不灵敏的磁通门矢量传感器。这种配置通常导致对平台磁场的标量近似。高灵敏度金刚石氮空位 (Diamond Nitrogen-Vacancy, NV) 矢量磁力仪的进展使得重新评估标准硬件配置和全矢量校准模型成为可能。我们通过严格的理论分析表明，标量校准模型对失准具有鲁棒性。然而，矢量校准模型对姿态误差本质上具有一阶敏感性，这与磁场测量的精度无关。这些误差源于机体坐标系下背景场方向的不准确表示，并可能将微小的姿态误差放大为显著的校准残差。使用真实的传感器模型和飞行轨迹，我们评估了用于磁校准的不同传感器配置，并评估了将机载惯性导航系统 (Inertial Navigation Systems, INS) 作为独立姿态参考以实现稳定补偿的用途。我们的结果表明，像 NV 传感器这样的量子矢量磁力仪不足以解决机载矢量磁校准的姿态瓶颈。然而，作为能够同时提供绝对磁场和方向测量的单一传感器，它们可能在传感器放置、同步和标量校准精度方面提供益处。
引用
@article{arxiv.2605.04951,
title = {Scalar and Vector Airborne Platform Calibration Using Quantum and Classical Magnetometers and Inertial Sensors},
author = {Antonia Hager and Torleiv H. Bryne and Mia Jukić},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.04951},
year = {2026}
}
备注
Submitted to IEEE for possible publication